高级氧化技术在水处理中的应用张利国

高级氧化技术在水处理中的应用张利国

张利国

济南建设设备安装有限责任公司山东济南250033

摘要：随着我国工业化及社会化进程的快速稳步发展，工业及生活废水的有机成分变的愈来愈复杂，水质呈现出难降解、高浓度和高毒性的特点。针对于此种污水水质特性，传统的生化处理方法己经很难使水质达到相应指标。高级氧化技术是对传统水处理技术中的经典化学氧化法的改革，主要指通过化学或者物理化学的方法，使水中的污染物直接矿化为二氧化碳和水以及其他无机物，或者将污染物转化为低毒、易生物降解的小分子物质。本文就当前常见的几种高级氧化技术及其应用进行了简单介绍，希望对高级氧化技术的进一步发展有一定的推动作用。

关键词：氧化技术；水处理；应用；研究

1高级氧化法概述

1.1定义

深度氧化法就是指高级氧化法，在利用氧化剂、催化剂、光、电超声波等技术的基础上可促使大量的氧化活性物质产生，例如OH等，氧化性较强是其显著优势与特征。在氧化活性物质与污染物之间会发生一定的化学反应，其中主要包括加合、取代、电子转移与断键等，污染物会在这一过程中分解成为小分子物质或者二氧化碳以及水等无机物，这种污水处理技术就是高级氧化法。在不断实践与研究高级氧化法的过程中我们发现该种方法在污水处理领域具有广阔的发展领域与空间，尤其是在生物难降解污染物处理领域已经引起广泛关注。

分子量较大、化学结构稳定并含有对微生物生长不利的毒性物质是生物难降解污染物的显著特征。因此在实际处理过程中如果使用一般生物处理技术难以满足处理要求，此种情况下我们必须在结合实际的基础上实现对高级氧化法的合理使用。在实际对高级氧化法进行分类时我们可将其自由基以及反应条件作为主要依据，主要分为Fenton法、O3氧化法、光化学氧化法、电化学氧化法、湿式氧化法、超临界水氧化法及超声波氧化法几种。

1.2高级氧化技术的特点

电、磁、声、光等方面的物理原理以及化学过程来产生的相应羟基自由基•OH物质是高级氧化技术在实际使用过程中必不可少的物质支撑，在反应过程中，高级氧化物一直作为中间性产物存在，其链反应需要在诱发的基础上出现，OH物质是其中一个必然存在的物质，其与废水之间的污染物反应为直接发生，污染物的快速反应也是在这一过程中发生，上述条件得到满足后物质的可生化性可在原有的基础上实现最大限度的提升。这也决定高级氧化技术可在较高的范围内进行使用，反应速率以及氧化执行能力较强是其显著优势与特征。

2电化学氧化法

电化学氧化法是在外加电场作用下，在电化学反应器内经过一系列物理、化学及电化学反应降解污染物的过程，按氧化机理可分直接氧化和间接氧化。利用电化学反应器中的高电势直接降解污染物的过程为直接氧化。在此过程中，有机物直接与电极进行电子传递。将电化学反应产生的氧化还原物质作为反应剂或催化剂，使污染物分解的过程为间接氧化。电化学氧化法早在20世纪40年代已应用于污水处理领域，但因当时电力不足、成本高，导致该技术发展缓慢。到20世纪60年代，随着电力工业的发展，电化学氧化法再次引起重视。近年来，电化学氧化法已在垃圾渗滤液、印染废水及炼油废水等生物难降解污染物处理领域得到广泛重视。

在电化学氧化技术的研究过程中，为提高该技术的氧化能力，解决电流效率低、电耗高等问题，众多学者在电催化阳极研制及电极结构的改进上作了大量努力。常用的电极材料主要有金属导体、铁氧体等，而活性炭因良好的电化学性质而备受关注。在电极结构上，研究出了二维、三维电极，三维电极是在二维电极之间添加粒状或其它形状电极材料，加大电极面积，提高电流效率的一种方式。

电化学氧化法虽具有氧化能力强、无二次污染、可控性强及环境兼容性好等优点，但电流效率仍较低、电耗较大、污水处理费用高，因此，为使该技术在污水处理领域得以推广应用，还需进行许多基础研究与应用研究。

3光催化氧化技术

光催化氧化技术的研究开始于1972年，研究人员在TiO2电极上发现了光催化裂解水反应。当前对于该项技术研究最广泛的的就是半导体光催化剂——二氧化钛。该技术的原理主要是半导体能带中填满电子的低能价带与空的高能导带之间存在一个禁带，当催化剂受到紫外线照射的时候，光催化剂表面就会产生电子-空穴对，当存在适当的俘获剂或者表面缺陷时，电子-空穴的复合就会受到抑制，从而在光催化剂表面发生氧化还原反应。光催化氧化技术在染料、农药以及其他难降解污染废水的处理中应用最多。但是该方法存在光能利用率低，电子-空穴复合率高等缺点，因此其在实际应用中受到了很大的限制。

4超声波氧化法

超声波指频率高于20kHz具有方向性的声波。它由疏密相间的纵波构成，具有穿透力强、易于获得集中声能、在水中传播距离远等特点。超声波降解污染物的机制主要是“声空化”。当频率为15kHz-10MHz的超声波作用于液体时，液体中产生大量气泡，即“声空化泡”。“声空化泡”在超声波作用下被激化，以致崩溃。“声空化泡”崩溃的瞬间在周围极小范围内形成高温（（1900-5200K）、高压（50-100MPa）的极端环境，即“热点”。在此环境中泡内水、空气和水中溶解氧发生裂解，生成大量强氧化性自由基。自由基与水中污染物进行氧化反应，从而达到分解目的。

高级氧化技术具有反应速率快、适用范围广、处理效率高等优点，己成为目前水处理领域研究的热点。随着科技的进步与发展，相信会有更多的高级氧化技术在水处理中得到实际应用，同时也会为我国的水环境污染治理提供更多的途径。

结束语：

高级氧化法与传统的水处理方法相比，具有氧化能力强、氧化速度快、处理效果好、处理彻底、无2次污染与适用范围广等优点，但众多高级氧化法多仍处于基础研究阶段，难以实现大规模的工业化应用。因此，有必要通过进一步的深入研究，实现技术的推广应用。

参考文献：

[1]马根朝，刘阳.高级氧化技术在水处理中的应用与研究进展[J].西南给排水，2016，03：24-28.

[2]聂冬，金明姬，董微巍，周善英.高级氧化法在水处理领域中的应用研究[J].延边大学农学学报，2014，02：179-185.