[科普中國]-水

水，化學(xué)式為H?O，是由氫、氧兩種元素組成的無機物，無毒，可飲用。在常溫常壓下為無色無味的透明液體，被稱為人類生命的源泉。水是地球上最常見的物質(zhì)之一，是包括無機化合、人類在內(nèi)所有生命生存的重要資源，也是生物體最重要的組成部分。1

純水可以導(dǎo)電，但十分微弱，屬于極弱的電解質(zhì)。日常生活中的水由于溶解了其他電解質(zhì)而有較多的正負離子，導(dǎo)電性增強。1

簡介水是無色無味液體，地球有72%的表面被水覆蓋。水在空氣中含量雖少，但卻是空氣的重要組分。固態(tài)水（冰）的密度（916.8kg/m3）比液態(tài)水的密度（999.84kg/m3）小，因而冰會漂浮在水面上，水結(jié)冰時體積略有增加。水在3.98℃時達到最大密度（999.97kg/m3），不像其他液體的最大密度出現(xiàn)在熔點。水分子是極性的，即水分子的正負電荷中心不重合，這使得水成為一種很好的溶劑。2

化學(xué)性質(zhì)水，包括天然水（河流、湖泊、大氣水、海水、地下水等），蒸餾水是純凈水，人工制水（通過化學(xué)反應(yīng)使氫氧原子結(jié)合得到的水）。水是地球上最常見的物質(zhì)之一，是包括人類在內(nèi)所有生命賴以生存的重要物質(zhì)。水在生命演化中起到了重要作用。它是一種狹義不可再生，廣義可再生資源。1

水是人體正常代謝所必需的物質(zhì)，水在機體內(nèi)有許多重要功能：

（1）水是細胞原生質(zhì)的重要組分；3

（2）水在體內(nèi)起溶媒作用，溶解多種電解質(zhì)；3

（3）水在體內(nèi)起運輸作用，可以傳遞營養(yǎng)物質(zhì)、代謝廢物和內(nèi)分泌物質(zhì)（如激素）等；3

（4）水有較高熱導(dǎo)性和比熱，可作為“載熱體”在體內(nèi)和皮膚表面間傳遞熱量，有助于人體調(diào)節(jié)體溫。3

相態(tài)眾所周知，水最常見的有三種相態(tài)，分別為：固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)。但是水卻不止只有三態(tài)，還有：超臨界流體、超固體、超流體、費米子凝聚態(tài)、等離子態(tài)、玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)等等。4

物理通常是無色、無味的液體。

沸點：99.975℃（一個標準大氣壓時，也就是101.325kPa）。

凝固點：0℃

三相點：0.01℃

最大相對密度時的溫度：3.982℃

比熱容：4.186kJ/（kg·℃） （0.1MPa 15℃時）

蒸發(fā)潛熱：2257.2kJ/（kg） （0.1MPa 100℃時）

密度：水的密度在3.98℃時最大，為1×103kg/m3，水在0℃時，密度為0.99987×103kg/m3，冰在0℃時，密度為0.9167×103kg/m3。

臨界溫度：374.2℃

導(dǎo)熱率：在20℃時，水的熱導(dǎo)率為0.006 J/s·cm·K，

冰的熱導(dǎo)率為0.023 J/s·cm·K，

在雪的密度為0.1×103kg/m3時，雪的熱導(dǎo)率為0.00029J/s·cm·K。

水密度隨溫度變化，溫度高于3.982℃時（也可以忽略為4℃），水的密度隨溫度升高而減小 ，在0～3.984℃時，水熱縮冷漲，密度隨溫度的升高而增加。5

這主要由分子排列決定。也可以說由氫鍵導(dǎo)致。由于水分子有很強的極性，能通過氫鍵結(jié)合成締合分子。液態(tài)水，除含有簡單的水分子（H?O）外，同時還含有締合分子（H?O）2和（H?O）3等，當溫度在0℃水未結(jié)冰時，大多數(shù)水分子是以（H?O）3的締合分子存在，當溫度升高到3.98℃（101.325kPa）時水分子多以（H?O）2締合分子形式存在，分子占據(jù)空間相對減小，此時水的密度最大。如果溫度再繼續(xù)升高在3.982℃以上，一般物質(zhì)熱脹冷縮的規(guī)律即占主導(dǎo)地位了。水溫降到0℃時，水結(jié)成冰，水結(jié)冰時幾乎全部分子締合在一起成為一個巨大的締合分子，在冰中水分子的排布是每一個氧原子有四個氫原子為近鄰兩個氫鍵這種排布導(dǎo)致成是種敞開結(jié)構(gòu)，冰的結(jié)構(gòu)中有較大的空隙，所以冰的密度反比同溫度的水小。5

重水化學(xué)式D2O，又稱氧化氘。1931年H.C.尤萊在把4L液氫在-259℃下緩慢蒸發(fā)到剩余數(shù)毫升，光譜分析時發(fā)現(xiàn)了重氫“D”，稱氘。氘 （deuterium） 的意思是2，表示原子量等于2的氫同位素。由重氫和氧組成的化合物稱重水，分子量為20.028，比普通水分子量18.016高出約11%。純重水在1933年就已制得。普通水中所含重水很少，約占普通水質(zhì)量的0.02%，自然界沒有富含重水的源泉。重水在外觀上和普通水相似，但許多物理性質(zhì)不同，其比較見下表。6

|| ||

重水分子間氫鍵力較大，分子間締合度也較大，所以它的熔點、沸點比水高。常溫下重水的蒸氣壓比水小，這是水精餾法富集重水的理論根據(jù)。在25℃時重水的粘度比水大2.3%，致使許多電解質(zhì)在重水中的電導(dǎo)率比水中小。重水的介電常數(shù)低于水，鹽類在重水中的溶解度一般小些，在25℃時1g水能溶解0.3592g氯化鈉，但1g重水只能溶解0.3056g；在25℃時，碘在四氯化碳和水間的分配系數(shù)是85：1，而在四氯化碳和重水間的分配系數(shù)是103：1。重水表面張力、離子積（2×10-15）數(shù)值都比水小，重水的反應(yīng)速度比水的同樣反應(yīng)要慢些。重水有吸水的性質(zhì)，和濃硫酸相像，必須將它保存在密封的容器內(nèi)。6

重水的主要用途是在核反應(yīng)堆中做“減速劑”，減小中子速度，控制核裂變過程，也是冷卻劑。重水和氘在研究化學(xué)和生理變化中是一種寶貴的示蹤材料，例如，用稀重水灌溉樹木，可以測知水在這些植物中每小時可運行十幾米到幾十米。測定飲過大量稀重水的人尿中的氘含量，知道水分子在人體中停留時間平均為14天。用氘代替普通氫，可以研究動植物消化和新陳代謝過程。濃的或純重水不能維持動植物生命，重水對一般動植物的致死濃度為60%。6

生產(chǎn)重水的方法很多，曾用過電解法、水精餾法等，現(xiàn)在利用H2S/H2O雙溫交換法，先把重水富集約15%后，再電解富集成99.8%，該法成本低廉。6

命名與來源根據(jù)IUPAC規(guī)定，H?O分子的正式名稱只有兩種：水（Water）與氧烷（Oxidane）。1

關(guān)于地球上水的來源有許多各不相同的認識，各有各的道理，但真相究竟如何，還有待于科學(xué)家們收集更多的客觀證據(jù)，以揭開這個謎。眾所周知，地球表面71%的面積被水覆蓋。然而，地球上的水從哪兒來，卻始終是未解之謎。7

《自然》雜志載文稱，德國明斯特大學(xué)的科學(xué)家通過對來自加拿大不列顛哥倫比亞省塔吉胥湖隕石和地球地幔巖石樣品的同位素分析顯示，水在地球上出現(xiàn)的時間比此前預(yù)期的要晚很多。這在很大程度上反駁了此前很多科學(xué)家所持有的“水是地球形成階段時期由隕石表面的冰層轉(zhuǎn)變而來”的說法。地球上水的起源和形成時間，決定了地球演化的方向和生命起源的時間。對于地球上的水的來源，目前比較有代表性的是“外源說”和“內(nèi)源說”。7

外源說顧名思義，外源說認為地球上的水來自地球外部。而外來水源的候選者之一便是彗星和富含水的小行星。被譽為“臟雪球”的彗星，其成分是水和星際塵埃，彗星撞擊地球會帶來大量的水。而有些富含水的小行星降落到地球上成為隕石，也含有一定量的水，一般為0.5%~5%，有的可達10%以上，其中碳質(zhì)球粒隕石含水更多。7

球粒隕石是太陽系中最常見的一種隕石，大約占所有隕石總數(shù)的86%。正因如此，一些科學(xué)家認為，正是彗星和小行星等地外天體撞擊地球時，將其中冰封的水資源帶入地球環(huán)境中。7

然而，科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)彗星水的化學(xué)成分與地球水并不匹配。此外，上述德國明斯特大學(xué)科學(xué)家認為，既然隕石是在地球形成階段就已經(jīng)降落到地球的，那么應(yīng)該在地球的地幔中留下相應(yīng)的化學(xué)痕跡。如果水確實是在這一階段由隕石帶到地球上的，那么地幔中的同位素水平和隕石中的同位素水平應(yīng)該相同，而當他們將不列顛哥倫比亞塔吉胥湖的隕石中釕同位素及地球地幔中釕同位素進行對比分析后卻發(fā)現(xiàn)，兩者的同位素水平并沒有任何相似之處。7

據(jù)此，德國明斯特大學(xué)科學(xué)家表示，這證明，如果水確實是由彗星或小行星帶到地球上的，則其來到地球上的時間并不是地球的形成期，而是地球演化到形成地殼和地幔之后的時期。但并不排除另一種情況，即水最開始其實是星際塵埃的組成部分，而地球則正是由星際塵埃所組成的。7

外來水源的另一個候選者是太陽風(fēng)。太陽風(fēng)是指從太陽日冕向行星際空間輻射的連續(xù)的等離子體粒子流，是典型的電離原子，由大約90%的質(zhì)子（氫核）、7%的α粒子（氦核）和極少量其他元素的原子核組成。7

有科學(xué)家認為，地球上的水是太陽風(fēng)的杰作。首先提出這一觀點的科學(xué)家是托維利。他認為，太陽風(fēng)到達地球大氣圈上層，帶來大量的氫核、碳核、氧核等原子核，這些原子核與地球大氣圈中的電子結(jié)合成氫原子、碳原子、氧原子等。再通過不同的化學(xué)反應(yīng)變成水分子，據(jù)估計，在地球大氣的高層，每年幾乎產(chǎn)生1.5噸這種“宇宙水”。這種水以雨、雪的形式降落到地球上。更重要的是，地球水中的氫與氚含量之比為6700∶1，這與太陽表面的氫氚比也是十分接近的。因此托維利認為，這可以充分說明地球水來自太陽風(fēng)。7

但太陽風(fēng)形成的水是如此之少，在地球45億年生命史中，也不過形成了67.5億噸水，與現(xiàn)今地球表面的水貯量（包括液態(tài)水、固態(tài)冰雪和氣態(tài)水汽）1.3860×1010億噸相比，不過九牛一毛。7

自源說自源說認為地球上的水來自于地球本身。地球是由原始的太陽星云氣體和塵埃經(jīng)過分餾、坍縮、凝聚而形成的。凝聚后的這些星子繼續(xù)聚集形成行星的胚胎，然后進一步增大生長而形成原始地球。地球起源時，形成地球的物質(zhì)里面就含有水。7

在地球形成時溫度很高，水或在高壓下存在于地殼、地幔中，或以氣態(tài)存在于地球大氣中。后來隨著溫度的降低，地球大氣中的水冷凝落到了地面。巖漿中的水也隨著火山爆發(fā)和地質(zhì)活動不斷釋放到大氣、降落到地表。匯集到地表低洼處的水就形成了河流、湖泊、海洋。地球內(nèi)部蘊含的水量是巨大的。地下深處的巖漿中含有豐富的水。有人根據(jù)地球深處巖漿的數(shù)量推測，在地球存在的45億年內(nèi)，深部巖漿釋放的水量可達現(xiàn)代全球大洋水的一半。7

還有一種說法認為在地球開始形成的最初階段，其內(nèi)部曾包含有非常豐富的氫元素，它們后來與地幔中的氧發(fā)生了反應(yīng)并最終形成了水。7

水巖地球科學(xué)家傾向于認為，地球上的水來源于地球自身演化過程中的巖漿水等，天文學(xué)家更傾向于是彗星等撞擊地球帶來的水。目前兩種觀點誰都沒有說服誰。7

很多人似乎覺得太空中的水很稀少，實際上水在太陽系中非常豐富。例如我們的臨近行星——火星，已經(jīng)在其表面發(fā)現(xiàn)了很多干涸的河床、湖泊、三角洲、沖積扇等，這說明火星表面曾經(jīng)有大量的水?，F(xiàn)在科學(xué)家也相信，火星地下和兩極可能藏有很多水。此外，一些小行星、海王星軌道之外的柯伊伯帶的天體上也有大量的水存在。而在柯伊伯帶以外的奧爾特云更是分布著大量的彗星，這些彗星大部分就由水組成。液態(tài)水能否存在的關(guān)鍵在于星球表面的溫度。在地球上，由于溫度通常在0到100攝氏度之間，因此水才可能以液態(tài)形式存在。7

有的星球如金星表面溫度達到400多攝氏度，遠遠超過了水的沸點，所以沒有液態(tài)水。有的星球如火星，表面溫度達到了零下四五十攝氏度，低于水的冰點，即使有水也都冰凍了，所以也不會有很多液態(tài)水。所以水出現(xiàn)在地球上并非偶然，而是必然現(xiàn)象。地球水的“第四種形態(tài)”地球上的水絕大多數(shù)其實并不是以我們所熟知的冰、水、氣三種形式存在。水還有另外一種存在形式，這種形式異乎尋?！蔷褪欠獯嬖趲r石中的水。7

可以說，這些巖石像一個巨大的水庫，它的含水量至少與地球上所有河流、海洋和冰川中的水量加起來一樣多，或許還是海洋水量的4倍、6倍或10倍。但它們一直被深埋在我們腳下410千米處。科學(xué)家把這種融入水的礦石稱為“水合礦物質(zhì)”，即“水巖”?？茖W(xué)家認為，這種水巖遍布地下400千米~650千米的深處，厚達240千米，比地球表面的水層還要厚。即使這種礦石的含水量只有1%，其水量也很大，實際上已相當于地球海洋水量的幾倍。7

水總硬度定義及其分類水總硬度指的是水中鈣離子、鎂離子的總量，是衡量自來水是否符合標準的依據(jù)，主要可以分為暫時硬度和永久硬度兩大類。暫時硬度是指水中的鈣鎂離子以碳酸鹽的形式存在，遇熱就會形成碳酸鹽沉淀，最終被除去；而永久硬度則是指水中鈣鎂離子主要以硫酸鹽、硝酸鹽等形式存在，性質(zhì)穩(wěn)定，不易除去。8

測定意義水硬度是評價水質(zhì)的一個重要標準，對于飲用水以及工業(yè)用水有著很重要的影響。水硬度過高可能會形成水垢，影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此，為確定水質(zhì)以及進行水的相關(guān)處理，要對水中鈣鎂離子進行測定，即水總硬度的測試。8

水總硬度的監(jiān)測分析是水質(zhì)檢測的重要工作之一，不僅影響到水的質(zhì)量，還會影響到人們生產(chǎn)以及生活的安全。在科技快速發(fā)展的今天，更多的檢測技術(shù)的應(yīng)用，提高了水總質(zhì)量檢測的準確性，保障了水質(zhì)的安全以及使用質(zhì)量。8

注意問題**（1）溶液pH值問題**

測試中溶液的pH值在一定程度上會影響到金屬鈣鎂離子與EDTA生成絡(luò)合物的穩(wěn)定性。pH過低，將會使絡(luò)合物的穩(wěn)定性降低；pH過高，則水中鈣鎂離子將不能與EDTA反應(yīng)。因此，在進行水總硬度測試之前必須要確定使用溶液的PH值，以保證實驗的順利進行。8

（2）滴定溶液的溫度問題

水總硬度檢測時滴定溶液的溫度對檢測結(jié)果有著很大的影響，溫度過低就會造成反應(yīng)速度過慢，滴定過量；溶液溫度過高就會使測試溶液中有效物質(zhì)變質(zhì)，影響鈣鎂離子與EDTA的反應(yīng)過程。最終影響到水總硬度的檢測。8

（3）緩沖溶液的問題

EDTA具有弱酸性，其反應(yīng)過程受到溶液pH值的影響，因此，要將緩沖溶液加入到滴定溶液中，保持適合的pH值，保證測試的順利進行。8

（4）鉻黑T的問題

鉻黑T是一種常見的金屬離子指示劑，用于滴定檢測過程中與鈣鎂離子進行置換作用，有明顯的顏色變化，可以準確的測出水的質(zhì)量問題。鉻黑T指示劑的配制可以分為兩類，一類是固體指示劑，另一類則是液體指示劑。8

（5）滴定時間及速度問題

水總硬度測試中，每次滴定必須要按照規(guī)定的零刻度開始，這樣可以保證讀數(shù)都在滴管的同一個位置上，減少讀數(shù)的誤差。在堿性溶液中，鉻黑T會隨著時間的流逝而被氧化，影響最后反應(yīng)結(jié)果。因此，要保證其在五分鐘之內(nèi)完成反應(yīng)，測出結(jié)果。但是，也要注意滴定的時候速度不要過快，否則可能導(dǎo)致溶液粘在滴定管壁上，影響讀數(shù)的誤差。8

（6）溶液中二氧化碳的問題

溶液中可能含有碳酸氫根等物質(zhì)，當其濃度過大時，就會使反應(yīng)效果提前，影響測試結(jié)果。因此應(yīng)該適當加入鹽酸，將其中和反應(yīng)掉，使溶液呈現(xiàn)中性。還要注意，不要將滴定溶液放置時間過程，其極易與空氣中的二氧化碳反應(yīng)，出現(xiàn)返紅現(xiàn)象。8

解決辦法水總硬度的檢測受到環(huán)境因素的影響，如果在滴定過程中發(fā)現(xiàn)沒有出現(xiàn)終點色，有可能是鐵離子、銅離子以及錳離子等的干擾，它們與指示劑形成更加穩(wěn)定的絡(luò)合物，導(dǎo)致EDTA不能把金屬離子置換出來，就會影響水總質(zhì)量的測定。8

（1）鐵離子

在水總硬度測試中，鐵的含量過高，就會干擾到測試的結(jié)果。相應(yīng)的解決辦法就是要在加入緩沖溶液之前加入三乙醇胺，加快滴定速度，將鐵離子屏蔽。或者也可以利用沉淀過濾的方法來除去鐵離子，減少測試的誤差。8

（2）銅離子

在水總質(zhì)量的測試中，若是水樣中存在銅離子，將會出現(xiàn)指示劑封閉的現(xiàn)象，導(dǎo)致測試結(jié)果不清晰。相應(yīng)的解決方法之一就是在加入緩沖溶液之前加入氰化鉀，使之與銅離子反應(yīng)從而消除銅離子的干擾，但是要注意氰化鉀的劇毒性，盡量減少使用；另一種方法就是加入硫化鈉，也是使其與銅離子反應(yīng)，形成硫化銅沉淀，將其過濾掉。8

（3）鋁離子

若是水樣中存在鋁離子，在其作用下，可能會吸附指示劑，導(dǎo)致終點色出現(xiàn)時間延長，影響水硬度的測試。而解決辦法可以參考鐵離子的解決辦法，使水總硬度測試順利進行。8

（4）水樣總堿度

水總硬度檢測中，如果水樣滴定終點變藍，但是又很快的變回紫色，則證明水的堿性很大，主要是由于鈣鎂離子造成的，相應(yīng)的解決辦法就是可以在檢測之前將鹽酸酸化煮沸，可以去除一定的堿性，之后需要將氫氧化鈉與之融合至中性，再繼續(xù)檢測將會發(fā)現(xiàn)滴定終點顏色變化會更明顯。8

（5）有機物、懸浮物及膠狀物質(zhì)

水總硬度檢測過程中如果發(fā)現(xiàn)水樣中有機物、懸浮物質(zhì)過多，就會影響其終點顏色變化的觀察，影響到最終測試的結(jié)果。相應(yīng)的解決辦法就是將著色物用乙醚去除掉，或者是用硝酸等進行溶解，在去除多余的酸性，中和之后再進行水總硬度的檢測。8

中國淡水資源現(xiàn)狀現(xiàn)狀我國淡水資源總量較多，但按人口、耕地平均占有水平很低與世界上許多國家相比，我國淡水資源問題比較嚴重，盡管我國河川徑流總量居世界第六位，但是由于我國國土遼闊，人口眾多，人均和畝均占有量均低于世界平均水平。人均占有量為世界人均占有量的1/4左右，畝均占有量僅為世界畝均占有量的3/4。據(jù)對149個國家和地區(qū)的最新統(tǒng)計，中國人均占有量已經(jīng)退居世界110位。因此，正確處理好水及人和人及于水兩方面的關(guān)系比世界上任何一個國家都艱巨復(fù)雜。9

我國淡水資源在地區(qū)上分布不均，水土組合不平衡。我國的水量和徑流深的分布總趨勢是由東南沿海向西北內(nèi)陸遞減，并且與人口數(shù)耕地的分布不相適應(yīng)。81%集中分布在長江及其以南地區(qū)，而耕地面積僅占全國的 36%；淮河及其以北地區(qū)耕地面積占全國 64%。9

我國降水及河川的年內(nèi)分配集中，年際變化大，連豐連枯年份比較突出。我國主要河流都出現(xiàn)過幾年來水較豐和幾年來水較枯現(xiàn)象。例如黃河在過去幾十年中曾出現(xiàn)過連續(xù)9年（1943~1951）的豐水期；在近幾十年內(nèi)也曾出現(xiàn)過連續(xù)28年（1972~1999）的少水期，其中斷流21年。降水量和徑流量在時程上的這種劇烈變化，給淡水資源的利用帶來困難。要充分利用淡水資源勢必修建各種類型的水利。9

淡水資源污染波及全國。如果從淡水資源人均占有量上說，中國缺水主要是指北方區(qū)域的話，那么，淡水資源的污染卻是一個具有全國性的問題。而且，越是豐水區(qū)和大城市，越是人口密集地區(qū)，往往污染越是嚴重。結(jié)果豐水區(qū)出現(xiàn)水質(zhì)性缺水的現(xiàn)象。這是中國淡水資源更為嚴重的問題。9

用水效率低和過度開發(fā)并存。首先是用水效率低，而且，越是缺水的地方，效率就越低。比如，嚴重缺水的黃河流域，農(nóng)業(yè)灌溉大量采用的還是大漫灌方式。農(nóng)業(yè)用水如此，工業(yè)用水也是如此。目前中國工業(yè)用水重復(fù)利用率遠低于先進國家75%的水平單位GDP用水量是先進國家的十幾倍到幾十倍，一些重要產(chǎn)品單位耗水量也比國外先進水平高幾倍，甚至幾十倍。9

對淡水資源過度開采的情況日趨嚴重。比如海河流域，海河流域是中國人口最密集的地區(qū)之一，包括北京、天津、河北大部分地區(qū)和山東、山西、內(nèi)蒙、河南部分地區(qū)，區(qū)域內(nèi)有26個大中城市。這個地區(qū)也是中國最為缺水的地區(qū)，人均只有293立方米。這些年來，這里的社會經(jīng)濟的狀況發(fā)生了很大變化。從20世紀80年代以來，中國的缺水現(xiàn)象由局部逐漸蔓延至全國，對農(nóng)業(yè)和國民經(jīng)濟帶來了嚴重影響。9

南水北調(diào)中國鬧水荒，主要是指北方。特別是近20年來的自然變化和人類活動的影響，淡水資源南多北少的趨勢更加嚴重。這種由自然、地理、氣象等因素所形成的淡水資源分布情況，單用軟科學(xué)的辦法是很難解決問題的。必須用硬辦法。正在進行中的南水北調(diào)工程，就是硬辦法之一。9

優(yōu)化水資源配置優(yōu)化資源配置主要包括兩個方面的內(nèi)容，其一是解決我國水資源分布不平衡，利用效率低的問題。當前我國政府已經(jīng)采取了有效的措施，實現(xiàn)了水資源的優(yōu)化配置。以南水北調(diào)工程為例，作為一項重大的戰(zhàn)略性工程，有效緩解了我國北方地區(qū)缺水嚴重的現(xiàn)象，不但實現(xiàn)了水資源的優(yōu)化配置，還對區(qū)域經(jīng)濟的良性發(fā)展產(chǎn)生了十分深遠的影響。其二是要合理分配地表水和地下水、一次性水資源和可再生水資源。政府要加強對分配后水資源的管理，通過市場的調(diào)節(jié)作用提高水資源利用率，避免水資源浪費。10

水資源的循環(huán)利用長期以來，我國對水資源的利用采用了粗放式的模式，造成了水資源的大量浪費。以犧牲資源為目的的經(jīng)濟發(fā)展模式雖然能夠在短時期內(nèi)取得可觀的經(jīng)濟效益，但從長遠發(fā)展來看無疑是慢性自殺，違背了我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求。在未來的發(fā)展中，我國將會在全社會提倡水資源的循環(huán)利用，并加快相關(guān)技術(shù)的研發(fā)，通過對廢水進行二次處理、重復(fù)利用達到提高水資源利用效率的目的，從而逐步打破水資源匱乏的發(fā)展態(tài)勢，為我國經(jīng)濟社會的健康發(fā)展解決后顧之憂。10

水資源生態(tài)防治從目前的發(fā)展情況來看，水污染仍然是威脅我國水資源可持續(xù)發(fā)展的重要因素，在未來的發(fā)展中，水資源生態(tài)防治仍然是相關(guān)從業(yè)者的首要任務(wù)。水資源生態(tài)防治，不僅包括水污染治理，還包括提高環(huán)境用水承載能力、水資源保護、節(jié)約用水等多個方面。水資源生態(tài)防治是一個系統(tǒng)的工程，不僅需要專業(yè)人員的努力，還需要全社會的密切配合。比如，排污量大的工廠要自覺的進行技術(shù)改進，最大限度的控制工業(yè)用水的排放量。政府要加大監(jiān)督管理制度，防止污水排放超出環(huán)境的承載能力；在全社會大力倡導(dǎo)節(jié)約用水，培養(yǎng)民眾節(jié)約用水的意識；做好水資源保護，防止人類生產(chǎn)生活用水對水資源造成破壞。10

水污染治理水體自凈水體的自凈機制有物理凈化、化學(xué)凈化和生物凈化三種。水體自凈的三種機制往往同時發(fā)生，并相互交織在一起，哪一方面起主導(dǎo)作用取決于污染物性質(zhì)和水體的水文學(xué)和生物學(xué)特征。水體污染惡化過程和水體自凈過程是同時產(chǎn)生和存在的，但在某一水體的部分區(qū)域或一定的時間內(nèi)，這兩種過程總有一種過程是相對主要的，它決定著水體污染的總特征。所以，當污染物排入清潔水體之后，水體一般會呈現(xiàn)出三個不同水質(zhì)區(qū)：水質(zhì)惡化區(qū)、水質(zhì)恢復(fù)區(qū)和水質(zhì)清潔區(qū)。11

防范辦法為加強水資源保護，防止對水資源的破壞、浪費和嚴重污染，應(yīng)加強水資源的保護工作，及時采取有效措施全面保護水資源。11

（1）完善法律法規(guī)，強化管理，嚴格執(zhí)法

貫徹執(zhí)行《水法》、《水污染防治法》、《環(huán)境保護法》等法律法規(guī)，同時完善相應(yīng)的法律法規(guī)，建立健全的水環(huán)境保護法律體系。對污水的排放標準進行嚴格控制，尤其要加強對工業(yè)污水排放的監(jiān)督和管理，對違法排放的工業(yè)企業(yè)要從重處罰。對集中排污口的各類污染源，加強跟蹤監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)問題及時解決。加強對地表水和地下水的水質(zhì)監(jiān)測和水源的保護工作。以流域為單元，以河流為主線，以城鎮(zhèn)為節(jié)點，建立流域水資源保護監(jiān)督管理體系，強化流域管理的監(jiān)督職能和協(xié)調(diào)能力，加強各相關(guān)部門之間的交流與合作。11

（2）從源頭控制污染

擺脫先污染后治理的發(fā)展模式，從控制污染物的排放量來遏止污染的進一步擴大。對企業(yè)要采取有力措施，改善經(jīng)營管理，積極引進先進的生產(chǎn)工藝，提高物料利用率，減少污染物的排放。通過修訂產(chǎn)業(yè)政策，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，用行政、經(jīng)濟手段推行節(jié)約用水和清潔生產(chǎn)。11

（3）大力提高水資源的利用率和重復(fù)利用率

我國的水資源利用率不足50%，重復(fù)利用率僅為20%左右，低效的水資源利用加劇了水資源的供需矛盾和嚴重浪費局面。只有施行較高的水資源價格，高額的水污染排污費，才能有效地促使企業(yè)采取措施，改直流冷卻為循環(huán)冷卻，改漫灌為噴灌或滴灌，采用先進的節(jié)水技術(shù)和生產(chǎn)工藝，研究污水的治理和重復(fù)利用，降低生產(chǎn)成本，進而實現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟效益和社會環(huán)境效益的統(tǒng)一。11

（4）提高水污染排污費的收繳額度

當前，我國的排污收費標準定位太低，遠遠少于水資源的補償費用，因此，全面提高排污收費指標，向等量甚至高于水資源的恢復(fù)治理費靠攏，采取“嚴進嚴出”的措施，或許能對亂排現(xiàn)象起到一定的抑制作用。11

（5）研究解決污水的資源化利用

污水資源化利用是解決用水緊張的一個有效途徑，并可以產(chǎn)生較高的經(jīng)濟效益，實現(xiàn)較好的環(huán)境效益。例如：合理利用采煤過程中抽取的地下水，以全國煤炭產(chǎn)量12億噸計算，大約可抽排50億m3的受污染的礦井地下水，若全部凈化成飲用水，則能產(chǎn)生巨大的社會和經(jīng)濟效益。另外，中水回用、工業(yè)冷卻用水的循環(huán)利用等都是充分合理地利用水資源的有效措施。11

海水淡化海水淡化又稱海水脫鹽，是從海水中獲取淡水的技術(shù)和過程。從海水中取出淡水或者除去海水中的鹽分，都可以達到淡化的目的。根據(jù)脫鹽過程分類，海水淡化方法主要有熱法、膜法和化學(xué)方法三大類。熱法海水淡化技術(shù)主要有多級閃蒸（MSF）、多效蒸餾（MED）、壓汽蒸餾（VC）和冷凍法。膜法海水淡化技術(shù)包含了反滲透（RO）和電滲析（ED），化學(xué)方法則由水合物法和離子交換法構(gòu)成。在眾多海水淡化方法中，水合物法所產(chǎn)淡水水質(zhì)較差，離子交換法制水成本較高，因此化學(xué)方法應(yīng)用受到限制，而冷凍法海水淡化由于冰晶的洗滌和分離較困難，造成裝置復(fù)雜，運行可靠性不高，因而一直難以被大規(guī)模應(yīng)用。目前，投入商業(yè)運行的海水淡化方法主要有多級閃蒸（MSF）、多效蒸餾（MED）、壓汽蒸餾（VC）、反滲透（RO）和電滲析（ED），世界上采用較多的海水淡化技術(shù)方法是多級閃蒸（MSF）、低溫多效蒸餾（LT-MED）和反滲透（RO）。12

多級閃蒸（ MSF）（1）多級閃蒸的原理

所謂閃蒸，是指一定溫度的海水在壓力突然降低的條件下，部分海水急驟蒸發(fā)的現(xiàn)象。多級閃蒸過程的原理是：將原料海水加熱到一定溫度后引入閃蒸室，由于該閃蒸室的壓力控制在低于熱鹽水溫度所對應(yīng)的飽和蒸汽壓的條件下，故熱鹽水進入閃蒸室后即成為過熱水而急速的部分氣化，從而使熱鹽水自身的溫度降低，所產(chǎn)生的蒸汽冷凝后即為所需的淡水。多級閃蒸就是以此原理為基礎(chǔ)，使熱鹽水依次流經(jīng)若干個壓力逐漸降低的閃蒸室，逐級蒸發(fā)降溫，同時鹽水也逐級增濃，直到其溫度接近（但高于）天然海水溫度。12

（2）多級閃蒸工藝

多級閃蒸系統(tǒng)主要設(shè)備有鹽水加熱器、多級閃蒸裝置熱回收段、排熱段、水前處理裝置、排不凝氣裝置真空系統(tǒng)、鹽水循環(huán)泵和進出水泵等。其工藝流程為：進料海水→排熱段閃蒸器→預(yù)處理（混凝、消毒、殺藻、軟化、除垢）→循環(huán)鹽水泵→熱回收段閃蒸器各級。從排熱段閃蒸器出來的一部分海水作為排熱水排回大海，一部分海水通過預(yù)處理器后與從各級閃蒸器出來的濃鹽水在循環(huán)鹽水泵驅(qū)動下在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)。12

（3）多級閃蒸工藝的優(yōu)缺點

多級閃蒸技術(shù)利用熱能和電能，適合于可以利用熱源的場合，通常與火力發(fā)電廠聯(lián)合建設(shè)與運行。該技術(shù)具有工藝成熟，海水結(jié)垢傾向小、設(shè)備簡單可靠、易于大型化、操作彈性大、運行安全性高以及可利用低位熱能和廢熱等優(yōu)點。目前，多級閃蒸的總裝機容量在海水淡化領(lǐng)域仍屬第一。12

主要缺點為設(shè)備材料費用較高，最高工作溫度可達到110℃，對材料要求高，腐蝕等問題較嚴重，除垢工作量大，調(diào)試工作量大，各級水位的調(diào)整比較麻煩，有泄漏會使成品水受到污染，如水質(zhì)不滿足要求則需要強迫停機處理等。12

低溫多效蒸餾（LT-MED）（1）低溫多效蒸餾的原理

所謂低溫是指海水在第一效的最高蒸發(fā)溫度（鹽水頂溫）不高于70℃，這是因為當蒸發(fā)溫度低于70℃時，蒸發(fā)表面海水中鹽類結(jié)晶的速率將大大降低，從而可避免或減緩設(shè)備結(jié)垢的產(chǎn)生。

多效蒸餾是指：在第一效，海水經(jīng)過蒸發(fā)器上部的噴嘴在管束外表面噴淋。鹽水從每一排管子向更低一排落下在每根管上形成降膜。加熱蒸汽通過管內(nèi)時，溫度略微高一點的蒸汽在管內(nèi)凝結(jié)，而鹽水在管外蒸發(fā)生成二次蒸汽。前一個蒸發(fā)器蒸發(fā)出來的蒸汽作為下一蒸發(fā)器的熱源，并凝結(jié)成為淡水，依此類推，蒸發(fā)和凝結(jié)重復(fù)進行。在LT-MED過程中，蒸發(fā)器按系列式布置，確保熱水蒸發(fā)側(cè)的壓力可成功地維持在低值。在一個蒸發(fā)器中凝結(jié)蒸汽成倍增加，是多效蒸發(fā)過程的標志。12

（2）低溫多效蒸餾的工藝

首先，進料海水在冷凝器中被預(yù)熱和脫氣之后被分成兩股物流：一股物流作為冷卻水排回大海；另外一股物流變成蒸餾過程的進料液，加入阻垢劑后的料液被引入到蒸發(fā)器溫度最低的一組中。噴淋系統(tǒng)把料液分布到各蒸發(fā)器的頂排管上，在自上而下流動的過程中，部分海水吸收管內(nèi)冷凝蒸汽的潛熱而汽化。剩余料液用泵打入到蒸發(fā)器效的下一組中，該組的操作溫度要比上一組高。在新的組中又重復(fù)了蒸發(fā)和噴淋過程。剩余的料液接著往前打，在溫度最高的效組中以濃縮液的形式離開。12

其次，生蒸汽輸入到溫度最高一效的蒸發(fā)管內(nèi)部。在管內(nèi)冷凝的同時，在管外產(chǎn)生了基本等量的蒸發(fā)。二次蒸汽穿過捕沫裝置后，進入下一效傳熱管內(nèi)，第二效的操作溫度和壓力要略低于第一效。這種蒸發(fā)和冷凝過程沿著一串蒸發(fā)器的各效重復(fù)，最后一效的蒸汽在冷凝器內(nèi)被海水冷卻液冷凝。第一效的冷凝液被收集起來，該蒸餾水的一部分又返回到蒸汽發(fā)生器中，超過輸入的生蒸汽量的部分流入到一系列特殊容器的首個容器中，每一個容器都連接到下一低溫效的冷凝側(cè)。這樣使一部分蒸餾水產(chǎn)生閃蒸并使剩余的產(chǎn)品水冷卻下來，同時，把熱量傳回蒸發(fā)器。12

最后，產(chǎn)品水呈階梯狀流動并逐級閃蒸冷卻，放出的熱量提高了系統(tǒng)的總效率。被冷卻的蒸餾水最后用產(chǎn)品水泵抽出并輸入儲罐，生產(chǎn)出的產(chǎn)品水是平均含鹽量小于5mg/L的純水。濃縮海水像蒸餾水一樣，從第一效呈階梯狀流入一系列的濃鹽水閃蒸罐中，閃蒸冷卻以回收其熱量。經(jīng)過冷卻之后，濃鹽水排回大海。不凝性氣體從冷凝管中抽出，并從一效流到另一效。這些不凝性氣體最后在冷凝器富集，并用蒸汽噴射器或機械式真空泵抽出。12

（3）低溫多效蒸餾工藝的優(yōu)缺點

低溫多效蒸餾海水淡化系統(tǒng)由于具有操作溫度低，避免或減緩了設(shè)備的腐蝕和結(jié)垢；預(yù)處理簡單；系統(tǒng)操作彈性大；動力消耗?。粺嵝矢?；系統(tǒng)操作安全、可靠；可利用電廠低品位的余熱而極大的降低了造水成本等優(yōu)點，因此，已經(jīng)成為未來第二代海水淡化廠的主流技術(shù)。但主要缺點是鹽水蒸發(fā)溫度不能超過70℃，要進一步提高熱效率受到制約，同時蒸汽的比容較大，要求設(shè)備的體積也較大，即設(shè)備的投入要增加。12

反滲透（RO）（1）反滲透的原理

反滲透法是以壓力差為推動力的淡化過程，就是在有鹽分的水中（如原水），施以比自然滲透壓力更大的壓力，使?jié)B透向相反方向進行，把原水中的水分子壓到半透膜的另一邊，變成潔凈的水，從而達到除去水中鹽分的目的。溶質(zhì)和溶劑在膜中的擴散服從菲克（Fick）定理。物質(zhì)的滲透能力不僅取決于擴散系數(shù)，而且取決于其在膜中的溶解度。溶質(zhì)的擴散系數(shù)比水的擴散系數(shù)小得越多，高壓下水在膜內(nèi)的移動速度就越快，因此透過膜的水分子數(shù)量就比通過擴散而透過去的溶質(zhì)數(shù)量更多。12

（2）反滲透工藝

反滲透海水淡化系統(tǒng)由預(yù)處理、高壓泵、膜組件、后處理構(gòu)成。預(yù)處理通常去除懸浮固體、調(diào)節(jié)pH、添加阻垢劑以控制碳酸鈣和硫酸鈣結(jié)垢等；高壓泵用于對進料海水加壓；膜組件的核心是半透膜，它截留溶解的鹽類，幾乎只允許水通過；后處理主要是進行穩(wěn)定處理，包括pH調(diào)節(jié)和脫氣處理等。12

（3）反滲透工藝的優(yōu)缺點

反滲透工藝具有設(shè)備投資少、占地面積小、能量消耗低、建設(shè)周期短等諸多優(yōu)點，但其反滲透淡化也具有產(chǎn)水純度略低、預(yù)處理要求嚴格以及溫度降低產(chǎn)水量下降的不足。12

技術(shù)比較多級閃蒸裝置單機容量最高，投資也最大，低溫多效蒸餾與反滲透法的造水成本相差不多，反滲透電耗較高，操作性較復(fù)雜其出水水質(zhì)較差。但反滲透應(yīng)用于市政供水具有較大優(yōu)勢，幾乎所有用于市政供水的海水淡化系統(tǒng)均采用了該法。對于要求提供鍋爐補給水和工藝純水，具有低品位蒸汽或余熱可利用的電力、石化等企業(yè)，低溫多效蒸餾可實現(xiàn)能源的高效利用，聯(lián)產(chǎn)后降低了淡化成本，具有一定的競爭優(yōu)勢。12

超臨界水性質(zhì)當我們把水的溫度和壓力升高到臨界點（溫度374.3℃，壓力22.05 MPa）以上，水就會處于一種既不同于氣態(tài)也不同于液態(tài)和固態(tài)的流體狀態(tài)——超臨界狀態(tài)，此狀態(tài)下的水就稱為超臨界水（SCW）。13

密度超臨界水具有可壓縮性，溫度或壓力的微小變化就會引起超臨界水的密度大大減小，在臨界點時，水的密度僅為0.326g/cm3，典型的超臨界水氧化是在密度接近0.1g/cm3時進行的。13

溶解度超臨界水（SCW）的溶解能力主要取決于其的密度，密度增加，溶解能力增強；密度減小，溶解能力減弱，甚至喪失對溶質(zhì)的溶解能力。因此，有可能借助系統(tǒng)壓力和溫度的調(diào)節(jié)，在較寬的范圍內(nèi)變動SCW的溶解能力，使其利于溶質(zhì)的相轉(zhuǎn)移。下表列出了超臨界水與普通水的溶解度對比。13

|| ||

介電常數(shù)介電常數(shù)隨密度的增加而增大，隨壓力的升高而增大，隨溫度的升高而減小。介電常數(shù)的變化引起超臨界水溶解能力的變化，有利于溶解一些低揮發(fā)性物質(zhì)，相應(yīng)溶質(zhì)的溶解度可提高5～10個數(shù)量級，所以超臨界水的介電常數(shù)與常溫、常壓下極性有機物的介電常數(shù)相當。因為水的介電常數(shù)在高溫下很低，水很難屏蔽掉離子間的靜電勢能，因此溶解的離子以離子對的形式出現(xiàn)，在這種條件下，水表現(xiàn)得更像一種非極性溶劑。13

黏度和熱導(dǎo)率一般情況下，氣體的黏度隨溫度的升高而增大，液體的黏度隨溫度的升高而減小。超臨界水的黏度約為2.98×10-3Pa·s，這使得超臨界水成為高流動性物質(zhì)。液體熱導(dǎo)率隨溫度的升高略有減小，常溫、常壓下水的熱導(dǎo)率為0.598W/（m·K），臨界點時熱導(dǎo)率約為0.418W/（m·K），變化不是很大。13

擴散系數(shù)根據(jù)Stockes方程，水在密度較高的情況下，擴散系數(shù)與黏度存在反比關(guān)系。高溫、高壓下水的擴散系數(shù)與水的黏度、密度有關(guān)。對高密度水，擴散系數(shù)隨壓力的增加而增加，隨溫度的增加而減??；對低密度水，擴散系數(shù)隨壓力的增加而減小，隨溫度的增加而增加，并且在超臨界區(qū)內(nèi)，水的擴散系數(shù)出現(xiàn)最小值。超臨界水分子的擴散系數(shù)比普通水高10～100倍，使它的運動速度和分離過程的傳質(zhì)速率大幅度提高，因而有較好的流動性、滲透性和傳遞性能，利于傳質(zhì)和熱交換。13

離子積對數(shù)水的離子積對數(shù)與密度和溫度有關(guān)，但密度對其影響更大。離子積對數(shù)與密度和溫度的關(guān)系，密度越高，水的離子積對數(shù)越大。標準條件下水的離子積對數(shù)是10-14。在超臨界點附近，由于溫度升高使水的密度迅速下降，導(dǎo)致離子積對數(shù)減小；而在遠離臨界點時，溫度對密度的影響較小，溫度升高，離子積對數(shù)增大，因此，在溫度為1000℃、密度1g/cm3時，水將是高度導(dǎo)電的電解質(zhì)溶液。13

超臨界水氧化技術(shù)超臨界水氧化技術(shù)（Supercritical water oxidation）是由美國學(xué)者Modell在20世紀80年代中期提出的一種新型高級氧化水處理技術(shù)。它是以水為介質(zhì)，在超臨界條件下的自由基反應(yīng)，不存在氣液界面?zhèn)髻|(zhì)阻力，可以提高反應(yīng)速率并實現(xiàn)完全氧化。同焚燒、濕式催化氧化等技術(shù)相比，超臨界水氧化法具有良好的溶劑性能和傳遞性能，能徹底破壞有機污染物結(jié)構(gòu)具有污染物完全氧化、二次污染小、設(shè)備與運行費用相對較低等優(yōu)勢，是一種高效的環(huán)境友好型處理技術(shù)。14

發(fā)展進程Modell在MODAR公司開發(fā)超臨界水氧化處理工藝；而從1990年開始，Gloyna開發(fā)研究超臨界水氧化處理工藝，并于1994年5月開始進行工業(yè)廢水處理研究。1996年MODAR公司被General Atomics（GA）收購，General Atomics（GA）利用此技術(shù)處理軍工廢物。14

我國從20世紀90年代中期開始從事近（超）臨界水氧化處理廢水廢液的研究，從剛開始小型設(shè)備的模擬廢水實驗到發(fā)展成為中型設(shè)備，同時開始了對高濃度的工業(yè)廢水處理，如炸藥廢水、印染廢水等都取得了非常好的處理效果，但是在工程應(yīng)用方面還剛剛起步。在國內(nèi)關(guān)于超臨界設(shè)備的專利已經(jīng)很多，但由于它的高成本、易腐蝕、鹽沉積等原因，目前還難以實現(xiàn)工業(yè)化的大規(guī)模連續(xù)運行。14

應(yīng)用領(lǐng)域作為一種新興的高級氧化技術(shù)，超臨界水氧化技術(shù)具有相當?shù)膬?yōu)越性。它可以徹底破壞有機物的結(jié)構(gòu)，理論上可以適用于任何含有機物的廢物，在環(huán)保方面主要應(yīng)用于處理高濃度的有機有毒難降解廢棄物。14

（1）常規(guī)廢水領(lǐng)域

廢水中含有的有毒有害的污染物越來越多，成分復(fù)雜，危害大，許多污染物難以生化降解，運用超臨界水氧化技術(shù)可以使廢水中有毒有害的有機物開環(huán)、斷鍵、取代、電子轉(zhuǎn)移等，轉(zhuǎn)化成為易降解的小分子物質(zhì)，甚至可以直接轉(zhuǎn)換成為水和二氧化碳，達到處理的目的。14

SCWO（超臨界水氧化）反應(yīng)速度快、氧化分解徹底。一般只需幾秒至幾分鐘即便可將廢水中的有機物徹底氧化分解，去除率可達99%以上。因此在處理廢水領(lǐng)域超臨界有著生化法不可替代的作用。14

（2）高濃度有機廢液

含有高濃度的氨態(tài)氮、苯酚和化學(xué)需氧量（COD）的廢水可以很容易的在超臨界氧化過程中被破壞分解。并且超臨界水氧化技術(shù)在處理高濃度的有機廢液時，通常情況下，廢水中的有機物濃度>2%時，其自身反應(yīng)放出的熱便可維持反應(yīng)過程的熱平衡，從而實現(xiàn)自熱反應(yīng)，進一步節(jié)約了能源。因此SCWO技術(shù)特別適合于高濃度難降解有機廢水的處理。14

（3）固廢（含污泥）

固體廢物以及廢水處理過程中產(chǎn)生的污泥，除富含脂肪、蛋白質(zhì)、纖維素和糖類等有機物外，還含有多種有毒有害的有機污染物和重金屬離子。其成分復(fù)雜，分析處理困難。傳統(tǒng)的處理方法主要為填埋法。但是存在處理效果不好，易產(chǎn)生二次污染等問題。超臨界水氧化技術(shù)的應(yīng)用，不但使有害廢物處理效果更加顯著，并且降低了成本。在溫度為370～650℃，壓力為22～26MPa條件下，污泥處理率達到99%以上，最終產(chǎn)物為二氧化碳和水。14

工程應(yīng)用美國的超臨界水氧化技術(shù)發(fā)展較快，已經(jīng)建成了大規(guī)模的工業(yè)化裝置，并且取得了非常好的處理效果及經(jīng)濟效益。早在1994年，由美國MODEC公司為德國醫(yī)藥聯(lián)合體設(shè)計的SCWO（超臨界水氧化）工廠每天可處理5～30t有機物。14

1995年，在美國的Austin市建成了一套可處理多種長鏈有機物和胺類的SCWO裝置。日本在超臨界水研究方面也早已進入了中試階段，1997年，日本三菱重工業(yè)公司和東北電力公司合建成一組處理廢塑料的中試裝置，處理能力為500kg/d。日本神鋼的超臨界水氧化系統(tǒng)于1997年引進美國技術(shù)，并與瑞典合作開發(fā)，于2000年建成，最大處理量為1.1t/h。瑞典于1999年建成處理能力為5.7m/d的SCWO水處理裝置。德國Daimler Chrysler公司建成了專門處理電子廢物的SCWO裝置。14

國內(nèi)的三門峽高清環(huán)保科技有限公司從1998 年開始從事超臨界水氧化處理廢水的研究，對多種化工廢水進行小試，目前中試裝置為300L/d。國內(nèi)有公司開發(fā)了一套專門處理高濃度化工廢液的超臨界連續(xù)裝置，處理水量達 900～1000L/d。目前國內(nèi)最大的生產(chǎn)規(guī)模日處理量為3.6t。14

問題及改進**（1）腐蝕問題**

SCWO（超臨界水氧化）的操作條件非?？量蹋邷馗邏阂约皹O端pH值（pH=12），導(dǎo)致設(shè)備極易腐蝕。有研究表明，腐蝕SCWO不銹鋼反應(yīng)器的主要原因是高溫和氧化劑。在處理含鹵素、硫或磷的有機物時產(chǎn)生的酸會造成反應(yīng)器的嚴重腐蝕。而強堿性（pH>12）水溶液在超臨界溫度和氧化條件下對鎳質(zhì)合金具有高的腐蝕性。14

對SCWO工藝中產(chǎn)生的酸性產(chǎn)物，至少存在一種材料能適應(yīng)其腐蝕性，但這種材料對其他酸卻沒有抗腐能力。因此，通過選擇和分離原料或針對不同的原料在反應(yīng)器的不同部位應(yīng)用不同的材料，可使腐蝕降到最低的程度。在水的臨界點附近，合金的腐蝕速率與溫度升成指數(shù)關(guān)系，溫度升高，腐蝕速率增大，但當溫度超過臨界溫度時，腐蝕速率隨著溫度的升高而降低。因此開發(fā)高性能耐高壓反應(yīng)器材料，研究鎳基、鈦基的合金涂層及其他復(fù)合防腐涂層，反應(yīng)器的優(yōu)化設(shè)計等是預(yù)防超臨界水氧化法腐蝕的重要途徑。14

（2）鹽沉積問題

大多數(shù)鹽在常溫下溶解度較大，但在超臨界水中溶解度很低。當溫度達到超臨界狀態(tài)時，由于鹽的溶解度大幅度降低，有大量沉淀析出，沉積的鹽會引起反應(yīng)器堵塞，導(dǎo)致設(shè)備無法正常運行。鹽沉積問題成為了超臨界水氧化法推廣應(yīng)用的重要問題之一。14

最好的克服堵塞問題的辦法是使廢水中的鹽濃度最低化。低濃度含鹽廢水可以成功地被特殊的反應(yīng)器所處理，而高濃度含鹽廢水最好用其他方法處理，或者反應(yīng)器前段預(yù)脫鹽處理，然后再進行SCWO反應(yīng)?；蛘哐芯糠磻?yīng)器本身集成脫鹽連續(xù)排渣系統(tǒng)，如將反應(yīng)釜底部設(shè)計成漏斗形狀，安裝排鹽口，可以使鹽都沉積在底部，及時排鹽排渣。14

應(yīng)用前景同濕式氧化法和焚燒法相比，超臨界水氧化技術(shù)處理廢物運行成本低，占地面積少，操作維修費較低，具有一定的工業(yè)應(yīng)用價值。14

而且該技術(shù)應(yīng)用范圍廣，操作過程簡單，可以應(yīng)用于多種有毒有害物質(zhì)的處理；處理效率高并且徹底，在適當?shù)臏囟?、壓力和較短的停留時間下，有機物能被完全氧化成二氧化碳、水、氮氣以及鹽類等無毒無害的小分子化合物，處理率達到99. 99%以上；均相反應(yīng)，反應(yīng)速率快，停留時間短，平均停留時間小于1min。反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡潔，體積小，占地面積小，節(jié)約成本；若被處理廢水中的有機物濃度>2% ，就可以依靠氧化反應(yīng)過程中自身產(chǎn)生熱量來維持反應(yīng)所需的熱能，不需要外界供給熱量，節(jié)約了能源，若污染物濃度較高，反應(yīng)能放出更多的氧化熱，熱能可以回收再利用。14

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

包申旭 - 教授 - 武漢理工大學(xué)