高級(jí)氧化技術(shù)在水處理中的研究與應(yīng)用

張艷霞 謝紅光 郭文珂

( 河南省開(kāi)封市供水總公司 水質(zhì)監(jiān)測(cè)站，河南 開(kāi)封 475001)

1 高級(jí)氧化工藝簡(jiǎn)介

高級(jí)氧化工藝的特點(diǎn)

①反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生大量活潑的羥基自由基(·OH)，其氧化能力(2.80V)非常高。②·OH 對(duì)污染物的選擇性低，可直接與污染物反應(yīng)或與中間產(chǎn)物反應(yīng)。③AOP 是一種物理—化學(xué)處理過(guò)程，反應(yīng)容易控制。④該工藝既可單獨(dú)處理，又可與其他處理工藝聯(lián)合處理污水。

2 幾種高級(jí)氧化技術(shù)

2.1 Fenton 法與類(lèi)Fenton 法

1894年，法國(guó)科學(xué)家Fenton H J 發(fā)現(xiàn)，酸性水溶液中Fe2+和H2O2共存時(shí)，可以有效地將酒石酸氧化。因此將Fe2+/H2O2組合體系命名為Fenton 試劑，該方法稱(chēng)為Fenton 法。Fenton 反應(yīng)產(chǎn)生·OH 的機(jī)理描述如下［1］:

Fe2++H2O2→Fe3++·OH+OH－k=51M－1s－1

·OH 不穩(wěn)定，當(dāng)溶液中不含其他反應(yīng)物時(shí)，它可以同F(xiàn)e2+反應(yīng)生成更多Fe3+和OH－:Fe2++·OH→Fe3++OH－當(dāng)溶液中有有機(jī)物存在時(shí)，·OH 可以從有機(jī)物中提取氫原子，形成有機(jī)基(R·):·OH+RH→R·+H2O R·+H2O2→R－OH+HO·

Fenton 類(lèi)氧化技術(shù)氧化能力強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單，既可作為單獨(dú)處理技術(shù)應(yīng)用，也可與其他技術(shù)聯(lián)合使用。但該法處理費(fèi)用高，H2O2利用率低，過(guò)量的Fe2+也會(huì)增大處理后污水的COD而產(chǎn)生二次污染。

2.2 臭氧氧化法

臭氧(O3)是一種強(qiáng)氧化劑在水溶液中自發(fā)分解成含氧自由基但直接氧化速率低，且選擇性較高。而在堿性體系中OH－的存在會(huì)加速O3的分解，產(chǎn)生·OH 加速反應(yīng)過(guò)程［2］。同時(shí)降解有機(jī)物的機(jī)理也得到了深入研究。機(jī)理可分為兩種:直接反應(yīng)(臭氧直接同有機(jī)物反應(yīng))和間接反應(yīng)(臭氧分解產(chǎn)生·OH，可與有機(jī)物反應(yīng))。在水中O3生成·OH 主要有3種途徑:在堿性條件下，在紫外光(O3/UV)作用下以及在金屬催化下［3］。單獨(dú)使用臭氧處理廢水存在O3利用率低、氧化能力不足及O3含量低等問(wèn)題，對(duì)某些有機(jī)物處理效果不是很好。為此提出了相關(guān)組合工藝，具體方法包括O3/催化劑、O3/UV、O3/H2O2、O3/UV/H2O2及O3/超聲波等技術(shù)，這些氧化技術(shù)可使臭氧在水處理過(guò)程中發(fā)揮更大的作用，將水中有機(jī)物盡可能地氧化降解。

2.3 超臨界水氧化法

(1)應(yīng)用范圍廣，幾乎對(duì)所有有機(jī)污染物均可進(jìn)行氧化分解。

(2)在超臨界水中，氧化劑有機(jī)物和水形成均一相，傳質(zhì)速率快，氧化效率高，反應(yīng)迅速?gòu)氐住?/p>

(3)有機(jī)物氧化釋放出的反應(yīng)熱可以維持反應(yīng)所需的熱量。

(4)反應(yīng)在密閉容器中進(jìn)行，不會(huì)給環(huán)境帶來(lái)二次污染。

(5)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用較小體積的反應(yīng)器就可以處理較大流量的有機(jī)污染物。

2.4 濕式氧化法

濕式氧化法是指在高溫(125－ 320℃)、高壓(0.5－10Mpa)下利用氧氣或空氣(或其他氧化劑如O3，H2O2等)氧化水中溶解態(tài)、懸浮態(tài)的有機(jī)物及還原態(tài)的無(wú)機(jī)物，使之生成CO2和H2O 的一種處理方法。

該方法需要耐高溫高壓，耐腐蝕的設(shè)備，因此一次性投資較大，這也限制了它的大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。

2.5 超聲降解法

超聲氧化法是利用超聲波輻射溶液，使溶液產(chǎn)生高溫高壓，并生成局部高濃度氧化物·OH 和H2O2，快速降解有機(jī)污染物。

單獨(dú)超聲氧化技術(shù)雖能去除水中有機(jī)污染物，但其單獨(dú)處理成本高，對(duì)TOC 去除不徹底，因此常與其他高級(jí)氧化技術(shù)聯(lián)用。

3 各高級(jí)氧化技術(shù)的綜合比較

雖然高級(jí)氧化技術(shù)在去除有機(jī)污染物方面比其他技術(shù)更好，但各種高級(jí)氧化技術(shù)之間也存在差異，下面就各種高級(jí)氧化技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍進(jìn)行比較。

Fenton 氧化法反應(yīng)條件溫和，設(shè)備簡(jiǎn)單，費(fèi)用低，但氧化能力差，出水水質(zhì)差，適用于工業(yè)廢水處理和低濃度少量廢水處理。臭氧氧化法氧化能力高，無(wú)二次污染，但設(shè)備復(fù)雜，產(chǎn)率低，并且有機(jī)物降解不徹底。適用于工業(yè)，造紙，印染等廢水的處理。超臨界水氧化技術(shù)反應(yīng)速率快，降解率高，但反應(yīng)條件高，運(yùn)行成本高。僅適應(yīng)于高濃度，小流量有毒廢水處理。濕式氧化法適用范圍廣，處理效果好，但反應(yīng)溫度和壓力高，對(duì)設(shè)備要求高，僅適應(yīng)于高濃度小流量工業(yè)廢水處理。超聲降解法反應(yīng)條件溫和，效率高，對(duì)設(shè)備要求低，但成本高，降解不徹底，目前僅限于實(shí)驗(yàn)室單一組分小水量廢水處理。

4 結(jié)語(yǔ)

與傳統(tǒng)廢水處理技術(shù)相比較，高級(jí)氧化技術(shù)具有常規(guī)方法無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，如適用范圍廣、反應(yīng)速率快，污染小等特點(diǎn)。因此成為水處理領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。但目前多種高級(jí)氧化技術(shù)還未成熟應(yīng)用到實(shí)際處理中，存在處理成本高很難工業(yè)化等特點(diǎn)。因此，深入研究、提高處理效率、降低處理成本，并使各種技術(shù)聯(lián)合使用，使其互補(bǔ)不足成為了今后重要的研究方向。

［1］Pigllatello J J.Dark and Photoassisted Fe2+Cataalyzed degradation of Chlorophenoxy Heerbicides by Hydrogen Peroxide［J］.Environ.Sci.Technology，1992，26(12) :944.

［2］陳德強(qiáng).高級(jí)氧化法處理難降解有機(jī)廢水研究進(jìn)展［J］.環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2005，31(132) :20－231 超臨界水氧化

［3］李金英，楊春維.水處理中的高級(jí)氧化技術(shù)［J］.科技導(dǎo)報(bào)，2008，26(16) :88－92.

［4］劉欣.超臨界水氧化法在水處理中的應(yīng)用［J］.化工文摘，2007(1) :55－58.