簡述高級氧化技術(shù)處理難降解有機污水

黃思博 李嘉彬

摘要：難降解有機污水的生化性較差，其中的有機污染物質(zhì)很難通過傳統(tǒng)水處理方式進(jìn)行有效的處理。因此，高級氧化技術(shù)應(yīng)運而生。本文對高級氧化技術(shù)進(jìn)行了簡述，并分析了臭氧聯(lián)合高級氧化以及電化學(xué)氧化技術(shù)的原理和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：高級氧化技術(shù)；臭氧聯(lián)合高級氧化；電化學(xué)氧化

1.高級氧化技術(shù)簡述

高級氧化技術(shù)能夠?qū)﹄y降解的有機污水進(jìn)行處理，在難降解有機污水當(dāng)中，那些復(fù)雜的難降解有機污染物質(zhì)一般都具有比較穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu)以及其難于生物降解的特性，因此，這種有機污染物質(zhì)能夠在生態(tài)環(huán)境以及生物體內(nèi)積聚并且能夠穩(wěn)定存在、逐漸積累，所以能夠?qū)θ祟愐约捌渌袡C生物的生命安全以及健康造成很大的傷害以及嚴(yán)重的潛在威脅。處理這種難降解的有機污水，比較有效的方法是利用高級氧化技術(shù)。高級氧化法（AOPs）是最近幾年以來在化學(xué)氧化法的基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展而來的氧化技術(shù)。高級氧化技術(shù)一般是利用催化劑和氧化劑，同時與超聲、光以及電等多種技術(shù)相互結(jié)合，從而使得在化學(xué)反應(yīng)當(dāng)中產(chǎn)生具有很強的活性的自由基，例如羥基自由基。產(chǎn)生的強活性的自由基能夠與污水當(dāng)中的有機污染物質(zhì)相互結(jié)合并發(fā)生作用，與有機污染物質(zhì)之間進(jìn)行加合作用或者是發(fā)生取代作用、電子轉(zhuǎn)移作用或者是發(fā)生斷鍵反應(yīng)等等，從而能夠使有機污水當(dāng)中的大量的大分子難生物降解有機污染物質(zhì)被氧化降解成為低分子量的或者是低毒性的甚至是無毒性的小分子物質(zhì)。在有些情況之下，有些有機污染物質(zhì)能夠直接被高級氧化劑直接氧化并降解（礦化）成為二氧化碳以及水分子。高級氧化技術(shù)主要包括以下幾種具體內(nèi)容：化學(xué)催化氧化法、光化學(xué)催化氧化法、電化學(xué)催化氧化法、濕式氧化法以及超聲氧化法等等多種工藝，但是這些工藝之所以能夠都?xì)w屬在高級氧化技術(shù)的范疇之內(nèi)，它們所具有的共同點為氧化能力極強、氧化反應(yīng)的選擇性很小，即對污水當(dāng)中的幾乎所有物質(zhì)都能發(fā)生氧化作用、氧化反應(yīng)的發(fā)生速度極快、氧化反應(yīng)的反應(yīng)速度很快、氧化反應(yīng)的反應(yīng)效果比較徹底等等多種優(yōu)點，因此，利用高級氧化技術(shù)對難降解的有機污水進(jìn)行處理，會取得比較理想的降解效果。由于高級氧化技術(shù)所具有的明顯優(yōu)點，因此這種工藝在國內(nèi)外的污水處理領(lǐng)域都得到了廣泛的研究，相關(guān)的研究成果也越來越多，某些高級氧化技術(shù)在工程實際當(dāng)中也得到了應(yīng)用，并取得了成功的案例，因此可以說高級氧化技術(shù)必定會成為未來難降解有機污水處理的主要方法之一。但是，高級氧化技術(shù)目前的研究并不是十分成熟，這在一定程度上限制了高級氧化技術(shù)的廣泛應(yīng)用。高級氧化技術(shù)作為有機污水的預(yù)處理技術(shù)，能夠大大的提升廢水的可生化性能，大大的降低預(yù)處理的成本，尤其的針對已經(jīng)具有生化處理系統(tǒng)的工程實踐來講，高級氧化技術(shù)有著比較良好的應(yīng)用前景和發(fā)展平臺。

2.臭氧聯(lián)合高級氧化法

眾所周知，臭氧具有非常強的氧化能力，因此臭氧高級氧化技術(shù)在污水處理當(dāng)中能夠得到非常廣泛的應(yīng)用。但是如果單單采取臭氧這一種氧化劑來對難降解有機污水進(jìn)行氧化降解，往往會伴隨著臭氧的發(fā)生率以及臭氧的利用率比較低，臭氧處理費用比較昂貴等等多種不經(jīng)濟的問題，同時如果單獨利用臭氧對有機污水進(jìn)行處理的時候，如果污水當(dāng)中的難降解有機物含量很高的時候，臭氧單獨氧化技術(shù)往往很難將污水處理到理想的效果。因此，為了能夠提高臭氧的氧化處理效率，并且保證其比較強的氧化能力，學(xué)者們將多種催化技術(shù)與臭氧氧化技術(shù)聯(lián)和使用，催化技術(shù)與氧化技術(shù)互相結(jié)合，各自發(fā)揮著其優(yōu)勢，催化劑能夠?qū)Τ粞醯姆纸猱a(chǎn)生具有更加強烈的氧化能力的羥基自由基的反應(yīng)七大促進(jìn)作用，羥基自由基的形成會大大提高氧化效率，因此一系列的臭氧聯(lián)合高級氧化技術(shù)就形成了，例如：臭氧-催化劑法、臭氧-紫外線照射法、臭氧-過氧化氫法、臭氧-紫外線-過氧化氫法等等多種聯(lián)合處理技術(shù)的形式。這些高級氧化技術(shù)都能夠?qū)㈦y降解有機污水當(dāng)中的有機物最大程度的進(jìn)行氧化降解，因此這會使得臭氧在有機污水的處理當(dāng)中貢獻(xiàn)出其最大的作用。臭氧連個高級氧化技術(shù)在進(jìn)行有機污水的處理過程當(dāng)中，也有一些比較重要的影響因素，例如：處理的水質(zhì)、污水的PH、臭氧的用量、反應(yīng)接觸的時間以及聯(lián)合使用的催化手段等。一般而言，利用臭氧進(jìn)行高級氧化的時候，控制污水的PH值在8到10之間，最有利于氧化反應(yīng)的進(jìn)行。

3.電化學(xué)氧化法

電化學(xué)氧化技術(shù)（EOPs）是指在外加的電場作用之下，利用電化學(xué)反應(yīng)容器當(dāng)中進(jìn)行的電極反應(yīng)來對污水當(dāng)中的有機污染物質(zhì)進(jìn)行直接的降解，或者是利用一些具有催化性能的催化材料或者是電機材料，來產(chǎn)生數(shù)量比較大的并且具有強氧化性的自由基，利用強氧化性的自由基來對污水當(dāng)中的有機污染物質(zhì)進(jìn)行氧化降解，提高污水的可生化性。電化學(xué)氧化技術(shù)的核心在于：研制出比較高效的電催化陽極材料，并且對整體的電極結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的研究和改進(jìn)，以求達(dá)到比較高的電流效率，從而能夠提高電極反應(yīng)的催化活性。電化學(xué)催化技術(shù)的陽極材料主要有幾下幾種類別：金屬電極和非金屬電極以及金屬氧化物電極這三大類。目前，使用比較多的有鈦電極負(fù)載的金屬氧化物涂層電極，簡稱DSA ，這種電極具有非常優(yōu)越的導(dǎo)電性能以及比較穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)和反應(yīng)性能，同時具有非常高活性的催化性能等等多種優(yōu)點，因此這種電極材料已經(jīng)成為了電化學(xué)催化技術(shù)中的研究熱點問題之一。另外，電化學(xué)廢話電極的電極結(jié)構(gòu)可以分為二維電極以及三維電極這兩種主要的反應(yīng)體系。其中三維電極的電極面積比較大，電極的時空產(chǎn)率比較高，并且三維電極的電流效率也很高，以此三維電極這種電極結(jié)構(gòu)是未來電極結(jié)構(gòu)研究工作當(dāng)中的一個主要的方向。電化學(xué)氧化技術(shù)在對難降解有機污水進(jìn)行處理時，其主要的影響因素為：污水的水質(zhì)情況、電極極板之間的距離、電流的密度以及電極反應(yīng)的反應(yīng)時間和電解質(zhì)的濃度等等。最近幾年以來，電化學(xué)氧化技術(shù)已經(jīng)逐漸成為了難降解有機廢水處理當(dāng)中的研究熱點，并且已經(jīng)初步實現(xiàn)了工程上的實際應(yīng)用。有機污水在經(jīng)過電化學(xué)催化氧化技術(shù)處理之后，其污水的可生化性會得到明顯的提高，易生物降解有機物的比例明顯增加，因此污水的生物降解性能取得了明顯的改善。電化學(xué)氧化技術(shù)的反應(yīng)條件溫和、氧化能力很強并且不會輕易造成二次污染，同時在運行管理方面也比較簡便，有著十分廣闊的應(yīng)用前景。

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作者簡介：

黃思博（1996.09.06-）男，漢族，江西省撫州市，身份證號：362531199609065119，本科生，研究方向：給排水科學(xué)與工程

李嘉彬（1997.08.21-）男，漢族，河南省西平縣，身份證號：412824199708214316，本科生，研究方向：給排水科學(xué)與工程