高級(jí)氧化技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用

王琿

摘要：隨著工業(yè)的不斷發(fā)展和環(huán)境意識(shí)的不斷提高，廢水的處理難度增大，處理要求提高，尤其對(duì)于紡織、印染、化工、醫(yī)藥、造紙等行業(yè)的高濃度難降解有機(jī)廢水的處理受到了廣泛的關(guān)注。高級(jí)氧化法在反應(yīng)中產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的自由基，可以分解廢水中的難降解有機(jī)物，反影響力高，適用范圍廣，產(chǎn)生的二次污染小，處理設(shè)備簡(jiǎn)單，占地面積小，具有很高的推廣使用潛力。本文分類(lèi)梳理了應(yīng)用和研究較多的幾種高級(jí)氧化技術(shù)。

關(guān)鍵詞：高級(jí)氧化技術(shù);廢水處理;應(yīng)用

1 高級(jí)氧化技術(shù)的理論

高級(jí)氧化技術(shù)（Advanced Oxidation Processes，簡(jiǎn)稱(chēng)AOPs）是在近30多年提出的一種新興的、高效的廢水處理方法，它經(jīng)過(guò)氧化或礦化提高污染物的降解性、分解性，同時(shí)還可以處理持久性有機(jī)物、激素等有毒有害的化學(xué)物質(zhì)，能夠分解絕大部分有機(jī)物。高級(jí)氧化技術(shù)實(shí)質(zhì)是通過(guò)一系列化學(xué)物理相互作用產(chǎn)生大量高活性的羥基自由基（·OH），由于羥基自由基的強(qiáng)氧化性，才能夠把污水中的有機(jī)物轉(zhuǎn)換為二氧化碳、水及小分子化合物，從而實(shí)現(xiàn)良好的水質(zhì)排放。

高級(jí)氧化技術(shù)處理工程中產(chǎn)生大量高活性的·OH，并且·OH具有強(qiáng)氧化性與無(wú)選擇性的特性，能夠氧化或礦化絕大部分有機(jī)污染物，且不會(huì)造成二次污染。但目前高級(jí)氧化技術(shù)還是不能被廣泛應(yīng)用到實(shí)踐，并處于起步階段。

2 高級(jí)氧化技術(shù)的特點(diǎn)

高級(jí)氧化技術(shù)（AdvancedOxidationProcesses，簡(jiǎn)稱(chēng)AOP）的基礎(chǔ)在于運(yùn)用電、光輻射、催化劑，有時(shí)還與氧化劑結(jié)合，在反應(yīng)中產(chǎn)生活性極強(qiáng)的自由基（如·OH），再通過(guò)自由基與有機(jī)化合物之間的加合、取代、電子轉(zhuǎn)移、斷鍵等，使水體中的大分子難降解有機(jī)物氧化降解為低毒或無(wú)毒的小分子物質(zhì)，甚至直接降解成為CO2和H2O，接近完全礦化。目前高級(jí)氧化技術(shù)主要包括化學(xué)氧化法、電化學(xué)氧化法、濕式氧化法、超臨界水氧化法和光催化氧化法等。高級(jí)氧化技術(shù)的特點(diǎn)主要在于以下幾個(gè)方面：①反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生大量氫氧自由基·OH;②反應(yīng)速度快，多數(shù)有機(jī)物在此過(guò)程中的氧化速率常數(shù)可達(dá)106～109m-1s-1;③適用范圍廣，較高的氧化電位使得·OH幾乎可將所有有機(jī)物氧化直至礦化，不會(huì)產(chǎn)生二次污染;④可誘發(fā)鏈反應(yīng)，由于·OH的電子親和能為569.3kJ，可將飽和烴中的H原子拉出來(lái)，形成有機(jī)物的自身氧化，從而使有機(jī)物得以降解，這是各類(lèi)氧化劑單獨(dú)使用時(shí)所不能做到的;⑤可與其他處理技術(shù)連用，特別是可作為生物處理過(guò)程的預(yù)處理手段，對(duì)于難以通過(guò)生物降解的有機(jī)物，在經(jīng)過(guò)高級(jí)氧化過(guò)程處理后，其可生化性大多可以提高，從而有利于生物法的進(jìn)一步降解;⑥該技術(shù)采用物理—化學(xué)處理方法，其操作簡(jiǎn)單，易于控制和管理。

3 處理廢水的高級(jí)氧化技術(shù)

3.1 臭氧氧化

O 3是一種較強(qiáng)的氧化劑，其氧化性只低于氟，現(xiàn)階段污水處理工作已經(jīng)逐步實(shí)現(xiàn)對(duì)O 3的廣泛使用，尤其在消毒、殺菌以及除臭方面發(fā)揮著不可替代的重要作用，不僅可對(duì)廢水中的污染物進(jìn)行有效清理，針對(duì)生物難降解污染物更是具有較強(qiáng)的氧化分解能力。

在實(shí)際應(yīng)用中，O 3 聯(lián)用高級(jí)氧化比單一O 3 氧化明顯提高了污水處理效果。O 3 氧化法與O 3 聯(lián)合高級(jí)氧化法具有氧化性強(qiáng)、占地面積少、易控制管理及無(wú)2次污染等優(yōu)點(diǎn)。但同時(shí)也具有運(yùn)行成本較高、技術(shù)不夠成熟以及對(duì)設(shè)備要求高等缺點(diǎn)。因此，今后有必要通過(guò)研究進(jìn)一步完善相關(guān)工藝及配套設(shè)備，提高O 3 利用率與系統(tǒng)穩(wěn)定性，降低系統(tǒng)運(yùn)行成本，使其在污水處理領(lǐng)域更具競(jìng)爭(zhēng)力。

3.2 二氧化氯氧化

二氧化氯處理廢水具有操作簡(jiǎn)單、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)，但二氧化氯極不穩(wěn)定，受熱和遇光易分解成O2和Cl2，在空氣中體積分?jǐn)?shù)超過(guò)10%時(shí)就有可能爆炸，不宜貯存和運(yùn)輸，因此使用時(shí)一般要求現(xiàn)場(chǎng)制備。

二氧化氯的性質(zhì)極不穩(wěn)定，遇水能迅速分解，生成多種強(qiáng)氧化劑，如HClO3、HClO2、HClO、Cl2，O2等，這些氧化組合在一起產(chǎn)生多種氧化能力極強(qiáng)的活性基團(tuán)。二氧化氯氧化法可以在常溫常壓下破壞降解有機(jī)污染物，提高廢水的可生化性，是處理難降解有機(jī)廢水的一種有效途徑。

3.3 濕式氧化技術(shù)（WetairOxidation）

濕式氧化技術(shù)是在高溫（125～320℃）、高壓（0.5～10MPa）的條件下采用純氧或空氣作氧化劑，氧化水中懸浮態(tài)和溶解態(tài)的有機(jī)物、還原態(tài)的無(wú)機(jī)物，使其反應(yīng)生成水和二氧化碳的一種處理技術(shù)。該技術(shù)能夠徹底氧化一些難降解的有機(jī)物，降低水中CODCr，還可以提高廢水的可生化性能，這也是該技術(shù)常與生物處理相結(jié)合的原因。濕式氧化技術(shù)具有效率高、氧化速度快、不產(chǎn)生二次污染、反應(yīng)徹底的優(yōu)點(diǎn)。

近年來(lái)，在應(yīng)用上引入另一種氧化劑――液態(tài)H2O2作，使得該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了在常溫常壓下進(jìn)行的目標(biāo)，COD和色度的去除率分別達(dá)到80%和90%以上，極大的擴(kuò)大了應(yīng)用范圍。但是濕式氧化技術(shù)設(shè)備要求高、操作條件比較苛刻、運(yùn)行費(fèi)用昂貴，使得該技術(shù)的推廣受到一定限制。

3.4 光化學(xué)氧化法

由于反應(yīng)條件溫和、氧化能力強(qiáng)光化學(xué)氧化法近年來(lái)迅速發(fā)展，但由于反應(yīng)條件的限制，光化學(xué)法處理有機(jī)物時(shí)會(huì)產(chǎn)生多種芳香族有機(jī)中間體，致使有機(jī)物降解不夠徹底，這成為了光化學(xué)氧化需要克服的問(wèn)題。光化學(xué)氧化法包括光激發(fā)氧化法（如03/UV）和光催化氧化法（如Ti02/UV）。

光激發(fā)氧化法主要以03、H202、02和空氣作為氧化劑，在光輻射作用下產(chǎn)生OH;光催化氧化法則是在反應(yīng)溶液中加入一定量的半導(dǎo)體催化劑，使其在紫外光的照射下產(chǎn)生？OH，兩者都是通過(guò)？OH的強(qiáng)氧化作用對(duì)有機(jī)污染物進(jìn)行處理。

4 結(jié)語(yǔ)

水環(huán)境保護(hù)是當(dāng)前人類(lèi)社會(huì)廣泛關(guān)注的一個(gè)問(wèn)題，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高濃度的有機(jī)廢水對(duì)我國(guó)寶貴的水資源 造成了威脅。然而利用現(xiàn)有的生物處理方法，對(duì)可生化性差、相對(duì)分子質(zhì)量從幾千到幾萬(wàn)的物質(zhì)處理較困難，而高級(jí)氧化法（Advanced Oxidation Process，簡(jiǎn)稱(chēng)AOPs）可將其直接礦化或通過(guò)氧化提高污染物的可生化性，同時(shí)還在環(huán)境類(lèi)激素等微量有害化學(xué)物質(zhì) 的處理方面具有很大的優(yōu)勢(shì)，能夠使絕大部分有機(jī)物完全礦化或分解，具有很好的應(yīng)用前景。

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（作者單位：浙江正泰中自控制工程有限公司）