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截至2013年3月底，全国设市城市、县累计建成城镇污水处理厂3451座，污水处理能力约1.45亿立方米/日，较2012年底新增污水处理厂111座，新增处理能力约300万立方米/日。产生含水率80%的污泥超过2000万吨。随着城镇化水平和污水处理量的增加，污泥的产量以每年10%的速度在增长，将很快突破3000万吨。随着污水处理设施的普及、处理率的提高和处理程度的深化，污水处理厂污泥量急剧增加，且每年仍以10%左右的速度增长。根据有关内部统计数据，中国目前有近17％的城镇污水处理厂产生的污泥去向不明，同时大约67％的污泥以简单填埋为最终出路。针对目前城市污泥难处理及市场巨大的特点，采用超临界水氧化技术处理城市污泥，实现城市污泥的无害化处理。超临界水氧化技术（Supercritical Water Oxidation，简称SCWO）是利用水在超临界状态下所具有的特殊性质，使氧化剂和有机物完全溶解在超临界水中并发生均相氧化反应，迅速、彻底地将有机物转化成无害化的CO2、N2、H2O和无机盐等小分子化合物。相比传统的城市污泥处理方案，SCWO具有突出的优势，能取得巨大的经济、环境和社会效益。

根据有关内部统计数据，中国目前有近17％的城镇污水处理厂产生的污泥去向不明，同时大约67％的污泥以简单填埋为最终出路。针对目前城市污泥难处理及市场巨大的特点，采用超临界水氧化技术处理城市污泥，实现城市污泥的无害化处理。超临界水氧化技术（Supercritical Water Oxidation，简称SCWO）是利用水在超临界状态下所具有的特殊性质，使氧化剂和有机物完全溶解在超临界水中并发生均相氧化反应，迅速、彻底地将有机物转化成无害化的CO2、N2、H2O和无机盐等小分子化合物。相比传统的城市污泥处理方案，SCWO具有突出的优势，能取得巨大的经济、环境和社会效益。 该系统集有机物去除、脱盐除渣、余热利用/制取富氢气体、防堵塞、防腐蚀多项功能于一体，能够同时实现城市污泥等有机废物/废水的无害化处理与资源化利用过程。城市污泥经过示范装置处理后出水的COD为25mg/L，氨氮为2mg/L及色度可以与洁净水媲美，完全能实现达标排放。该装置实现了城市污泥化学需氧量(COD)减排和脱盐处理的一体化过程；最大程度地利用反应后液体的热量，降低了装置运行成本；在装置中实现脱盐处理和泥渣分离；反应后的清洁液体作为装置的蒸发壁水进行循环利用；采用撬装式结构形式，方便安装和运输；可实现城市污泥超临界水部分氧化/气化的产氢过程。

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超临界水氧化技术（Supercritical Water Oxidation，简称SCWO）是利用水在超临界状态下所具有的特殊性质，使氧化剂和有机物完全溶解在超临界水中并发生均相氧化反应，迅速、彻底地将有机物转化成无害化的CO2、N2、H2O等小分子化合物。与其它传统处理技术相比，超临界水氧化技术具有以下优势：有机物去除率可达99.9%以上；有机物质量浓度达到2%以上时，系统能够实现自热；反应空间密闭，不带来二次污染；反应时间短，设备结构简单，占地面积小。 2011年，我国印染废水的年排放量达到19.26亿吨，待处理的印染污染物量巨大，处理量500t/d的SCWO设备将需要100万套，富余热量可用来加热饱和蒸汽，年蒸汽收益可达到720亿元/a；反应后的出水可100%回用，年回用水收益约16亿元/a；节省污泥处置补贴6.9亿元/a。  SCWO处理印染污染物，可在几分钟内达到99.9%以上的去除率，无二次污染，有效地解决印染行业污染物处理难题，实现资源循环利用，促进印染行业的可持续发展。

我国的化石能源结构是以煤为主、石油和天然气为辅，这是由于各种化石能源的贮藏量的不同而造成的。目前为止，已探明的煤炭储量为1.5万亿吨，按年采20亿吨，可开采750年，而石油储量为16000万吨，仅占世界总量的3%左右，可开采年限只有20.6年；天然气的消费仅占2.1%。煤的利用主要是利用其燃烧热，一般用于直接燃烧，因此热值较低的煤，如裼煤等，其利用途径受到较大的限制；另一方面，煤炭在燃烧过程中会产生大量的二氧化碳、二氧化硫等气体。二氧化硫会导致酸雨，进而污染环境，是要严格控制排放的对象；二氧化碳是最主要的温室气体，也需对其排放进行控制。因此，以煤作为燃料的利用方式存在有很大的不足。而甲烷（CH4，天然气的主要组成）是一种高能值、零排放的清洁燃料和化工原料，其利用过程具有高效性和环境友好性，是未来能源发展的主要方向之一。到目前为止，我国天然气的开发与利用在能源消费结构中所占的比重较小，而且储量也不富足，但我国生物质的贮量相当巨大，作为潜在的物质资源宝库是人类未来的能量、食物和化学原料的重要来源。随着石油、煤炭等化石资源的日益枯竭，在当前大力发展多元能源的形势下，如何利用以碳和氢为主要成分的煤和生物质制取CH4替代天然气和作为化工原料，改变我国当前的能源消费结构，既有效利用资源，又发展洁净能源，实现能源的有效替代并同时解决环境问题，是当前的研究重点和热点。超临界水部分氧化制技术以生物质或劣质煤为原料，采用超临界水部分氧化技术，通过发生一系列的氧化还原反应生成氢气或甲烷，可以实现部分替代天然气。目前，本技术已申请国家发明专利多项。

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超临界水氧化技术是用于高浓度难降解有毒有机废水深度处理的一种高效技术。所用的氧化剂可以是纯氧气、空气或过氧化氢等。其工艺流程如图所示。用高压泵将废水打入热交换器，废水从换热器内管束中通过，之后进入缓冲罐内，同时启动氧气压缩机，将氧气打入氧气缓冲罐内。废水与氧气在管道内混合之后进入反应器，在超临界条件下，废水中的碳氢化合物被氧化分解成无害的CO2、H2O；含氮化合物被分解成N2等无害气体；S、P等元素则生成无机盐。由于气体在超临界水中的溶解度极高，在反应器中成为均一相，从反应器顶部排出；无机盐等固体颗粒在超临界水中的溶解度极低，沉淀于反应器底部。超临界水与气体的混合流体通过热交换器冷却后进入气液分离器进行分离。与常规的水处理技术相比，本技术具有明显的优越性：（1）氧化效率高，处理彻底，水溶液中有机物的去除率可达99.99%以上；（2）反应在密闭容器中进行，密封条件极好，有利于有毒、有害物质的氧化处理；（3）不产生二次污染，处理后的水直接排放或完全回用，节约了资源和能源；（4）应用范围广，几乎对所有有机污染物均可进行氧分分解；（6）由于均相反应停留时间短，反应器结构简单，使用较小体积的反应器就可处理较大流量的有机污染物，有利于工业运行。应用本技术时，需消耗一定的能量以加热废水及驱动高压泵，但废水中的含能物质COD在超临界状态下发生氧化反应时会放出一定的热量，为了降低过程的运行成本，本技术的应用与否取决于废水的COD浓度。研究表明，如果废水的COD小于30000 mg/L时，应用本技术时的运行成本较高，将达到150元/吨废水左右；如果废水的COD浓度为30000~45000 mg/L时，考虑到热量回收，其运行成本接近零；如果废水的COD浓度高于50000 mg/L时，考虑热量回收的价值，此时的运行成本将为“负值”，即在盈利状态下运行。这也是本技术与传统废水处理技术的最大区别：传统技术要求废水的污染越低越好，而本技术恰好相反，废水越污越好。采用本技术存在的最大问题在于过程中产生的腐蚀与盐堵问题。针对这种情况，我们进行了新型反应器的开发并申报了国家发明专利。目前，本技术已申请国家发明专利5项，获授权一项。本技术适用于高浓度难降解有毒有机工业废水，可广泛应用于化工、石油炼制、纺织印染、造纸、医药等行业。

成果简介： 目前国内染料厂、农药厂、制药厂、造纸厂、化工厂、食品厂等，每年排放的高浓度难降解废水约30亿吨左右。对这类高浓度难降解工业废水的处理一直是困扰国内环保界的难题。超临界水的特殊性质使其在有机废水治理方面所具有的无可比拟的优点。

项目概况 以较宽参数范围内超临界压力下竖直上升管内对流换热为研究对象，通过数据搜集与数据库整理，完成了超临界传热查询表的构建，并作了相应的评价。主要特点 与传统的传热预测关系式相比，查询表具有高预测精度、宽应用范围、正确的参数趋势、使用方便、计算时间少以及便于更新等优点。市场前景 本文在国内首次提出了一种新的超临界传热预测方法，并建立了国内首张具有自主知识产权的用于超临界传热预测的查询表，随着第四代核能系统超临界水冷反应堆(SCWR)研发的展开，超临界水的传热查询表必将有更广阔的用武之地。