工业污水处理中高级氧化技术的应用探讨

工业污水处理中高级氧化技术的应用探讨

冯书华 周泽利

中研环境（杭州）有限公司  浙江杭州 310000

摘要：近年来，由于城市化步伐的加快，工业建设的速度也在逐年递增，随之而来的工业污水和废水逐渐增加。污水治理是国家环境治理的重点工作，高盐废水的治理一致是水处理领域的难题。高级氧化技术目前广泛应用于污水处理行业，特别是废水“零排放”领域。因此对于一些降解难度较大、浓度较高的工业污水而言，应积极运用高级氧化技术辅助工业污水处理，进而实现行业上的低能降碳和降本增效目标。随着科学技术的不断进步，从事工业污水处理的技术人员应积极进行氧化技术的研发，将污染水域中的污水进行二次净化，为形成环境友好型社会作出贡献。

关键词：污水处理；高级氧化技术；应用探讨

引言

污水治理是国家环境治理的重点工作，高盐废水的治理一致是水处理领域的难题。目前高盐废水多采用耐盐生化做预处理，用膜技术经过浓缩后将浓缩液蒸发处理（即“零排放”）[1]。随着我国环保要求的提高，近些年我国医药、化工、农药等高污染行业普遍采用“零排放”工艺。目前，行业“零排放”项目中普遍存在高盐生化的效果不稳定，有机物去除效果不佳，导致有机物堵膜、有机物蒸发结焦等难题。“双碳”背景下，“零排放”是环境治理和技术发展的必然趋势，因而低碳、低能耗的高盐废水深度降碳技术在当下和未来具有广阔的市场前景。

高级氧化技术中常用Fenton氧化、臭氧氧化、湿式氧化等技术将难降解有机物分解，湿式氧化和超临界水氧化对装备要求较高，因而芬顿氧化和臭氧氧化是目前应用最为广泛的高级氧化技术。高级氧化基于通过一系列直接或间接物理化学反应产生活性极强的且仅次于氟的·OH，羟基自由基将大分子难降解有机物无选择的深度矿化的技术。

通过高级氧化技术的协助作用，相关技术人员应结合水资源受污染程度，选择适当的有机物降解技术对工业大规模生产活动中的污水作出必要的净化，将其中存在的有毒有害物质进行分离和提取，进而获得预期的污水处理效果。针对目前工业污水处理技术中存在着的一些难题，可以依托有效的氧化技术加以优化，实现水质洁净的目标。

一、高级氧化技术的特点分析

目前全国年污水排放量高达几百亿m³，随着国家提出绿水青山就是金山银山口号，环保方面对污水深度处理是实现节水减排的有效途径之一。随着国家环保要求的日益严格，污水深度处理和回用成为实现节水减排的最有效途径之一。污水深度达标技术一直是废水处理中的关键，目前普遍采用膜技术作为深度处理工艺，但是膜技术不可避免的产生浓缩液，零排放的成本和能耗很高。“双碳”背景下，亟需低碳、低能耗的污水深度处理技术。高级氧化基于通过一系列直接或间接物理化学反应产生活性极强的且仅次于氟的·OH，羟基自由基将大分子难降解有机物无选择的深度矿化的技术[2]。

现有电芬顿技术进行高浓度有机废水的处理，将造纸废水中400mg/LCOD经过电芬顿75min的反应后降至50mg/L，电耗高、污泥量大，反应时间久；电催化设备具有占地面积小、处理效果高、无二次污染物、无需投加药剂等优点。臭氧氧化技术广泛应用于水处理，但是臭氧氧化技术的羟基自由基在传质效果低，使得臭氧氧化效果受限。高级氧化技术在未来越来越成为一种需求和趋势，将有机物直接矿化而不是转移，彻底解决有机物，也是实现“双碳”的终极目标。

由此可见，高级氧化技术在判断污水处理方面存在着突出的优势，即在较为广泛的使用范围、较快的反应速度和氧化反应速率的基础上，完成污水处理工作。

二、工业污水处理中高级氧化技术的应用

（一）芬顿氧化法的应用

芬顿氧化法是指把过氧化氢通过酸化条件分解，利用二价铁离子为催化剂，使之迅速分解为氢氧根离子和羟基自由基等物质[3]。羟基自由基会与污水中的混合物发生凝结和沉淀反应。催化剂在污水化学试验中通常不参与化学变化。作为有效的污水分解处理技术，芬顿氧化法采用芬顿试剂作为化学试剂，对污水中含有的有毒物质具有良好的指示作用，一旦检测出对人体有害的化学元素，就会依托氧化作用使其溶解于化学试剂中。尤其是对于农药废水而言，芬顿试剂可以在较低的成本预算中实现较高的污水预处理效果。农药废水中的一些化学元素会阻碍农作物的生长，只有借助芬顿氧化技术中和其中存在的可生化物质，才能顺利完成其余部分污水处理的任务。通常情况下，经过芬顿氧化法处理后的污水在质量检测环节可以达到再生水水质要求。需要留意的是，二价铁离子不能反复被应用于处理污水的试验中，它的衍生物中含有大量淤泥，容易对水体带来二次污染。

（二）臭氧氧化法应用

臭氧氧化法能够氧化大多数有机物，处理效果佳。臭氧氧化途径有两种：一种是直接氧化，臭氧直接与有机物反应，此途径氧化速率慢，氧化具有选择性，而且直接氧化过程中臭氧溢出，对周围造成空气污染。第二种是间接氧化，臭氧通过转化为氧化能力强的羟基自由基（·OH），进而对有机物快速氧化

臭氧氧化受限制的条件较多，（1）臭氧浓度：由于臭氧在水中的溶解度较低，所以反应体系中需要提高臭氧的浓度；（2）pH：反应体系中的pH对臭氧氧化是非常重要的，水质的pH是直接影响羟基自由基的关键因素，所以需要控制臭氧氧化过程中的pH。（3）温度：反应水体中温度对于体系中的羟基自由基的产生和反应的影响作用较大，升高温度能够提高水溶液中臭氧分子自分解产生自由基的浓度，同时水溶液中的臭氧分子或·OH与有机物污染物的平均分子动能在提高温度时更强，提高了自由基或臭氧分子与有机物污染分子碰撞机率，从而加快氧化降解速率。

（三）湿式氧化法应用

 湿式氧化是以空气中的O2为氧化剂，在温度为125-320℃和压力为0.5-20MPa）条件下，将液相中的有机污染物氧化矿化为CO2和水等无机物，或分解为小分子有机物的化学过程。

基于目前湿式氧化技术的反应条件为高温高压，某些难降解有机物需要较长停留时间，反应过程中条件更为苛刻，且安全性较大。为了解决传统技术上存在的问题，将湿式氧化技术的反应条件降低，提高湿式氧化技术的处理效果，研究人员在传统湿式氧化处理技术增加了高效、稳定的催化剂，此技术称为Catalytic wet air oxidation，简称CWAO。通过在传统湿式氧化工艺中加入某些稀有贵金属催化剂将反应的温度和压力降低，氧化分解能力被提高，缩短氧化反应时间，提升湿氧系统的运行稳定性。

根据催化剂在湿式催化氧化技术中使用存在的状态，可以被分为两种类型：均相催化剂和非均相催化剂。在均相湿式氧化系统中，催化剂溶于水中，添加量大，催化剂加剂成本较高，存在催化剂回收的难题，二次污染比较严重，属于早期的一代湿氧技术，已逐渐被淘汰，在均相催化基础上发展起来的非均相催化湿式氧化技术。所谓非均相催化氧化，将活性催化物负载在化学载体上进行高温烧结，形成耐高温的催化填装材料。反应物料在流经催化床催化材料表面时发生催化氧化作用，无需回收催化剂。湿式氧化法应用存在一定的风险，高压高温反应条件下，运行成本也较高。

（四）电催化氧化法应用

电催化氧化技术是当前降解有机物彻底、高效的氧化技术，反应过程无任何污染物产生，被誉为一种清洁处理技术，响应如今环保口号，人为管理方便、设备简单，在环境净化过程中其优越性逐渐突出，逐步在环保工程领域受到青睐。电催化氧化是通过电极的阳极氧化，电极直接将有机污染物氧化为无机物，或者阳极反应产生中间产物·OH、·O2、·HO2等，氧化被处理的污染物，达到将有机物彻底分解或部分分解的目的；这种降解过程不易产生毒害中间物，更环保。

电催化设备占地面积小、操作简单方便、无任何药剂添加，投资成本和运行成本相对较低，应用前景相当乐观。

结束语

综上所述，科学技术的进步催生了高级氧化技术，这种技术被广泛应用于工业污水、废水的处理，具有科学、高效、便捷的特征。高级氧化技术的作用在于形成工业污水净化处理方案，给环境保护部门的污水处理工作提供了很好的数据支撑[4]。高级氧化技术通过降解污水中的有害物质，与传统的污水处理技术相互融合，进一步提升了污水处理效率。然而，高级氧化技术中也有细微的缺陷，运行成本过高、对氧化剂的需求量较大，这两个限制条件制约了高级氧化技术的推广。因此，在未来的工业污水处理工作中，一定要继续对氧化技术进行创新，使其中的技术含量更高，更加符合现代社会对环境保护的要求。

参考文献

[1]黄侦玉，魏志永，张美灵，等.工业废水膜浓缩液的高级氧化技术综述[J].广东化工，2023,50(14):126-128.

[2]陈东旭.基于水处理的高级氧化技术综述[J]．中国资源综合利用，2023，41(3)：119－121.

[3]赵军胜，潘吴，潘俊鸥，等．基于·OH 的高级氧化技术及其组合技术的研究进展[J].石油和化工设备，2021，24 (8):12-14．

[4]江传春，肖蓉蓉，杨平等.高级氧化技术在水处理中的研究进展[J].2022，26(06):43-45.