高级氧化法在水处理领域中的应用研究

高级氧化法在水处理领域中的应用研究

巩敬超

安阳水务集团公司河南安阳455000

摘要：高级氧化技术能够快速、彻底的降解废水中的有机污染物，在水处理方面已经得到了广泛的应用。为加速高级氧化技术在我国的应用，需要进一步对各种高级氧化技术的机理、影响因素、反应动力学及反应器系统进行研究，利用与其他工艺的协同作用，开发价格低能耗低效率高的新工艺。

关键词：高级氧化技术；水处理领域；应用

引言

我国是世界上严重缺水的国家之一，水资源总量约为28000亿m3，位居世界第六，人均水资源总量约为2400m3，仅位列世界121位，是世界人均水平的1/4。在此情况下，水处理方法的使用起到至关重要的作用。高级氧化技术（AOPs）目前已广泛应用于水处理领域，不仅在饮用水处理方面有很好的消毒效果，在污废水处理方面也能发挥很好的作用。

1Fenton及类Fenton氧化法

1894年，Fenton发现在酸性溶液中Fe2+和H2O2的混合溶液能迅速氧化苹果酸，该研究为人们分析还原性有机物和选择氧化有机物提供了新的方法。因此把这种体系称为标准Fenton试剂，使用这种试剂的反应称为Fenton反应。Fenton法利用Fe2+和H2O2之间的链反应催化生成•OH自由基，而•OH自由基具有强氧化性，能氧化各种有毒和难降解的有机化合物，以达到去除污染物的目的。传统Fenton法虽然具有氧化速率高等特点，但也存在诸多问题。Fenton法处理废水所需时间长，使用的试剂量多，而且过量的Fe2+将增大处理后废水中的COD并产生二次污染。基于以上原因，人们将紫外光、可见光等引入Fenton体系，并研究采用其它过渡金属替代Fe2+，这些方法可显著增强Fenton试剂对有机物的氧化降解能力，并可减少Fenton试剂的用量，降低处理成本，被统称为类Fenton氧化法。

2光催化氧化法

光催化氧化技术是利用半导体（如TiO2、SnO2、CdS、ZnS、WO3等）作为催化剂，当紫外光照射到半导体表面时，半导体价带上的电子（e-）被激发跃迁到导带上，在价带上产生相应的空穴（h+），从而形成空穴和光生电子。光生电子具有很强的失电子能力，h+具有很强的得电子能力，h+可以与氧化物表面吸附的水作用，将其氧化成具有强氧化性的OH•，从而最终将有机物分解为H2O、CO2以及小分子物质。光催化氧化技术利用辐照、光催化剂在反应体系中产生活性极强的自由基，再通过自由基与有机污染物之间的一系列化学反应将污染物降解为简单的无机物。目前，光催化氧化技术处理染料废水实现工业化应用仍有一定的困难，首先是光催化氧化技术对高浓度废水处理效果不太理想，只适宜于处理中低浓度的废水；其次是光能利用率低，不能充分利用太阳能；同时，光催化反应器不适合工业生产，这也是制约光催化氧化技术实现工业化应用的一大因素。

3超声氧化法

超声氧化法是利用频率范围为16kHz-1MHz的超声波辐射溶液，经过溶液的超声空化，在溶液中就可以形成局部的高温高压状态，经过化学反应在溶液的局部生成高浓度的氧化物氢氧根和过氧化氢，这样就产生了超临界水，可以对污染水源进行快速的降解。超声氧化法结合了多种氧化法的不同特点，具有降解效率高、不会产生二次污染、使用范围广泛、降解化学反应条件温和等优点。超声氧化法作为一种具有相当大的发展空间的水污染处理技术，其未来的发展前景必定是十分光明的。如果在水处理中单独使用超声氧化法技术，其使用成本无疑是非常高的，而且超声氧化法对于某些亲水性的有机物和难以挥发的有机物的处理效果是不明显的，对污水中有机碳总量的去除具有不彻底性。所以，为了能够降低水处理成本、进一步提高水处理的效果，超声氧化法也经常同其他高级氧化法技术进行联合使用。而且在超声氧化法的催化剂可以对其他氧化法的催化剂进行表面清洗，这在很大程度上使催化剂的活性得到了良好的保持。

4超临界水氧化技术

超临界流体具有类似液体的密度、溶解能力和良好流动性，同时又具有类似气体的扩散系数和低粘度。大多数有机化合物和氧都能溶解在超临界水中，形成一个有机物氧化的良好环境。而将废水含有的有机物在超临界状态下用氧化剂或催化剂氧化分解去除的方法即被称为超临界水氧化法。用超临界水氧化法来处理污染物很强的高浓度有机废水能使有毒有害的有机物质完全转化，同时还可回收其氧化分解时所释放出的热能。除了处理难生物降解的有毒有机废水之外，SCWO技术还将用于处理污水厂的过剩污泥、有毒固体废物等。采用超临界水氧化法对高含量印染废水进行试验研究，结果表明，在最佳实验条件下，经处理的废水COD为47mg/L，达到GB8978-96规定的一级排放标准，去除率达到了99.8%。StendahlK利用SCWO技术从污泥中回收磷酸盐，90%以上的磷以磷酸钠的形式从污泥中分离出来。Douglas用SCWO法进行废旧聚苯乙烯塑料降解，结果表明完全反应的最终产物为二氧化碳和水。

5臭氧氧化法

臭氧（O3）氧化能力极强，其氧化还原电位为2.07V，因此在污水处理中有着广泛的应用。臭氧氧化技术作为一种高级氧化技术，因其使用方便、降解速度快、易控制管理、不产生二次污染等优点，在染料废水的除色和难降解有机物的去除等领域得到快速发展。臭氧与印染废水中的污染物有两种反应途径：一是直接反应，即臭氧通过亲核或亲电作用直接同有机物反应；二是间接反应，即臭氧在碱等作用下，分解产生OH•与有机物发生反应，生成小分子酸、醛、CO2等，从而达到彻底矿化有机物，提高废水可生化性的目的。臭氧氧化技术在处理污水过程中不会产生污泥和二次污染，且臭氧发生装置简单紧凑、占地面积少，条件温和，容易实现自动化控制和管理，但同时也存在着一些缺点：臭氧在水中的溶解度小，利用率低，处理效果不稳定，需要过量才能取得较好的效果；臭氧发生装置效率低，能耗大，运行成本高，对设备要求高。这些缺点阻碍了臭氧氧化技术在污水处理领域的推广使用，因此开发新型高效低能耗的臭氧发生装置、提高臭氧利用效率、降低处理成本、发展与臭氧联合使用的其他工艺是臭氧在染料废水处理中推广使用的前提条件，也是臭氧氧化技术当前要解决的关键问题之一。

6电化学氧化法

电化学氧化法主要是在外加电场作用下，通过电极电位作用产生大量的超氧自由基（O2•）、双氧水（H2O2）、羟基自由基（OH•）等活性基团来氧化降解废水中的有机物。电化学氧化法具有操作简单易控制、处理效率高、污染少等优点，越来越受到广大环保工作者的关注。但该方法也存在一些缺点，首先是电化学氧化法对污染物的去除机理和反应途径尚不明确，因此要加强电化学氧化机理的认识和创新，探索电化学过程，并加强电化学与物理、生物、化学等领域的结合；其次是电化学氧化法设备成本高、能耗大，所以研发新型电极材料、新型电化学反应装置已经成为该技术研究的热点。

结语

高级氧化技术是一门新型的、对环境污染小的催化氧化技术，不同的高级氧化技术在不同领域有不同的作用效果，我们应该深入了解各种高级氧化技术，使其在水领域发挥更好地作用。

参考文献：

[1]石金谷.高级氧化技术在水处理中的应用[J].中国资源综合利用.2018（03）

[2]鲍红贞.浅谈高级氧化技术在水处理中的应用[J].科技风.2018（16）

[3]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）