試論廢水處理中高級(jí)氧化技術(shù)的應(yīng)用

洪 爽

（東莞市中南環(huán)?？萍加邢薰?廣東東莞 523000）

引言

隨著生活水平的不斷提升，我國(guó)人民對(duì)廢水的排放量也日益增加，廢水處理的工作量不斷提升。在處理廢水過程中，原有的處理方式難以對(duì)其中有機(jī)物進(jìn)行清除，會(huì)導(dǎo)致廢水處理不徹底。而通過運(yùn)用高級(jí)氧化技術(shù)對(duì)廢水進(jìn)行處理，則能夠提升處理的有效性，增強(qiáng)整體處理的效果。

1 高級(jí)氧化技術(shù)的概述

1.1 高級(jí)氧化技術(shù)的內(nèi)涵

高級(jí)氧化技術(shù)是隨著化學(xué)氧化法的發(fā)展而發(fā)展的，其是一種對(duì)難降解有機(jī)污染物進(jìn)行處理的新型技術(shù)。在運(yùn)用這種技術(shù)的過程中，需要使羥基自由基與水中的部分高分子有機(jī)物進(jìn)行反應(yīng)，在反應(yīng)的過程中處理和分解有機(jī)物，以取得污水處理的效果。同時(shí)在運(yùn)用這種方法的過程中，要對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并結(jié)合現(xiàn)實(shí)條件開發(fā)催化性能較高的新型催化劑和電極，對(duì)各種細(xì)化技術(shù)進(jìn)行研究，通過實(shí)現(xiàn)高級(jí)氧化技術(shù)與其它水處理技術(shù)的融合，以提升高氧化的效率和速率。需要注意的是，在運(yùn)用這種技術(shù)的過程中，應(yīng)當(dāng)不斷提升管控的力度，將理論與實(shí)踐聯(lián)系起來，注重對(duì)細(xì)節(jié)的分析，并結(jié)合其它深度處理工藝、生化處理技術(shù)等對(duì)污水進(jìn)行處理，如此才能夠使整體處理的效率得到提升，取得理想的廢水處理效果。

1.2 高級(jí)氧化技術(shù)的特點(diǎn)

在當(dāng)前國(guó)內(nèi)外水處理工藝中，有很多從業(yè)人員都運(yùn)用了高級(jí)氧化技術(shù)，且研究這一內(nèi)容的學(xué)者也較多，取得了良好的運(yùn)用效果，是廢水處理的有效技術(shù)之一。具體來看，其特征如下。

首先，具有較好的應(yīng)用條件，在對(duì)廢水進(jìn)行處理的過程中，能夠有效對(duì)環(huán)境進(jìn)行適應(yīng)，且在壓力、溫度等方面的受限較少，有較高的便捷性。也正是如此，該技術(shù)得到了很多從業(yè)人員的青睞。其次，環(huán)保功能較為顯著，在處理廢水的過程中，對(duì)該技術(shù)進(jìn)行運(yùn)用，不會(huì)對(duì)水體造成二次污染，而且還能夠?qū)ξ廴舅w進(jìn)行高效率治理，對(duì)環(huán)境保護(hù)工作的開展帶來有利作用。再次，高級(jí)氧化技術(shù)氧化優(yōu)勢(shì)十分顯著，能夠?qū)τ袡C(jī)物進(jìn)行自然降解，這與其它技術(shù)相比是具有優(yōu)勢(shì)的。最后，高級(jí)氧化技術(shù)有關(guān)的設(shè)備具有較高的操作優(yōu)勢(shì)，不會(huì)過于復(fù)雜，且運(yùn)用起來較為簡(jiǎn)便。在對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)的過程中，也不用花費(fèi)較高的成本，國(guó)內(nèi)這方面的技術(shù)較為成熟，維護(hù)十分便捷。此外，高級(jí)氧化技術(shù)還具有較高的適配性，能夠與其它技術(shù)進(jìn)行組合使用，取得更好的效果。

2 廢水處理中高級(jí)氧化技術(shù)的應(yīng)用措施

2.1 光化學(xué)氧化法

在高級(jí)氧化技術(shù)中光化學(xué)氧化法是一個(gè)重要方法，這種方法是指光照過程中，使氧化劑催生出羥基自由基，并借助于其對(duì)有機(jī)污染物進(jìn)行分解。又可以將這種方法劃分為兩種，即光激發(fā)氧化法、光催化氧化法[1]。在實(shí)踐中很多領(lǐng)域都運(yùn)用了光激發(fā)氧化法，這種方法主要將紫外線作為了載體，運(yùn)用催化、照射等手段有效提升氧化劑的氧化能力，并使之催生一定量的羥基自由基、超氧負(fù)離子自由基，這些物質(zhì)存在更為強(qiáng)大的氧化能力。

在對(duì)光催化氧化法進(jìn)行運(yùn)用的過程中，可以將一定量的催化劑加入到待處理溶液中，并通過催化劑和紫外線的雙重作用，催生羥基自由基，最后有效運(yùn)用羥基自由基附帶的氧化功能有效清除和消除污染物。在光催化氧化法中最為常見的催化劑就是二氧化鈦，部分學(xué)者在毛竹活性炭中運(yùn)用了TiO2，使微波與負(fù)載TiO2活性炭相互做出協(xié)調(diào)處理，從而降解制藥工業(yè)廢水。經(jīng)過詳細(xì)分析發(fā)現(xiàn)，廢水中的脫色率和COD 去除率出現(xiàn)了較大范圍的提升現(xiàn)象，幾乎達(dá)到了94.5%、91.7%，但是在應(yīng)用二氧化鈦的同時(shí)，其往往會(huì)出現(xiàn)帶隙能，這就會(huì)對(duì)進(jìn)一步運(yùn)用二氧化鈦催化劑帶來諸多影響，所以未來還需要在這一方面進(jìn)行深入研究。

2.2 臭氧氧化法

臭氧氧化法也是高級(jí)氧化技術(shù)的一種，依據(jù)臭氧與污染物反應(yīng)方式的不同，又可以將臭氧氧化法劃分為兩種方法，即直接反應(yīng)法和間接反應(yīng)法。其主要原理是借助于臭氧反應(yīng)對(duì)雙鍵結(jié)構(gòu)進(jìn)行破壞，采用分批次、分步驟的方式將有機(jī)物化解為較小的分子，如此能夠使有機(jī)物原有的雙鍵結(jié)構(gòu)被打破。臭氧直接氧化反應(yīng)往往沒有較高的速率，難以徹底凈化污水，所以這種方法通常被運(yùn)用于工業(yè)廢水處理中，能夠增加廢水的B/C。臭氧間接反應(yīng)屬于一種間接性的方式，對(duì)臭氧進(jìn)行分解，通過分解催生羥基自由基，并以此對(duì)有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行氧化，達(dá)到最終的目的。該反應(yīng)沒有選擇性，且氧化程度高，具有較快的反應(yīng)速度，被很多單位運(yùn)用于工業(yè)廢水處理中，取得了較好的成效[2]。

在臭氧間接反應(yīng)的過程中，要想產(chǎn)生羥基自由基，通常需要滿足三種要求，即具備堿性條件、紫外線條件和金屬催化物條件。一些學(xué)者為了驗(yàn)證結(jié)果，對(duì)二氧化鈦進(jìn)行了自制，并以此對(duì)臭氧進(jìn)行催化，由其對(duì)腐殖質(zhì)進(jìn)行氧化，效果十分理想。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，在水處理過程中采用二氧化鈦，約可以提升28.8%的效率，且可以將腐殖酸氧化去除率提升到85%，效果十分明顯。

2.3 電化學(xué)氧化法

通常情況下電化學(xué)氧化法指的是通過催化活性電極反應(yīng)產(chǎn)生羥基自由基，并進(jìn)行處理的方式，如此能夠有效處理部分難以降解的污染物。不過在對(duì)這種方法進(jìn)行運(yùn)用的過程中，要開發(fā)高效催化性能電極。一些學(xué)者將苯酚視為模擬污染物開展實(shí)驗(yàn)，并制備了Ti/SnO2+Sb2O3/Fe-PbO2陽極，最終發(fā)現(xiàn)苯酚具有較高的氧化去除率，原因在于其電極表面產(chǎn)生了很多羥基自由基，該電極能夠?qū)Ρ椒舆M(jìn)行去除，取得十分顯著的效果。

在電化學(xué)氧化法的運(yùn)用中不會(huì)出現(xiàn)二次污染的現(xiàn)象，且裝置的安裝十分簡(jiǎn)便，不需要過于復(fù)雜的工藝，不過也有一些缺陷，即耗電量較大，且電極壽命會(huì)出現(xiàn)下降的趨勢(shì)，缺乏穩(wěn)定性，所以未來還需要進(jìn)一步對(duì)這種方法進(jìn)行研究，做出深入的探索，以便更好地在工業(yè)中運(yùn)用。

2.4 催化濕式氧化法

這種方法指的是在催化劑處于高溫和高壓過程中，對(duì)其中的一些有機(jī)物和氨氮進(jìn)行分解，將其分為水、二氧化碳、氮?dú)獾龋⑦M(jìn)行下一步處理。這種氧化法與傳統(tǒng)濕式氧化法相比較來看，壓力較低，且反應(yīng)溫度較為適宜，氧化能力較高，可以較大限度地降低反應(yīng)成本。一些學(xué)者為了對(duì)這種方法的效果進(jìn)行研究，制備了RuCu/TiO2雙金屬催化劑，且無害化處理了氨氮廢水。最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，氮?dú)膺x擇性高于85%，氨氮轉(zhuǎn)化率超過了90%。在運(yùn)用催化劑的過程中，催化活性并沒有被改變，且催化濕式氧化法具有有機(jī)物去除率高、反應(yīng)時(shí)間短等特性，在印染廢水處理、農(nóng)藥廢水處理以及造紙黑液處理中得到了廣泛運(yùn)用，未來能夠進(jìn)一步推動(dòng)其向工業(yè)化方向發(fā)展。

2.5 芬頓氧化法

這種方法采用了深度氧化技術(shù)，在芬頓試劑pH值低于3 時(shí)，過氧化氫會(huì)在二價(jià)鐵的催化下生成羥基自由基，而羥基自由基具有較高的氧化性，可以將污染物去除掉。這種方法具有較好的效果，對(duì)于普通化學(xué)氧化技術(shù)難以處理的有機(jī)廢水和生物難降解的廢水比較適用。借助于這種方法對(duì)COD 值是2450mg/L 的垃圾滲濾液進(jìn)行詳細(xì)化處理，使pH 值保持在3 左右，設(shè)定二價(jià)鐵離子加量保持在0.05mol/L，在總體加入的過氧化氫體量達(dá)到二價(jià)鐵離子總體量三倍或者四倍的時(shí)候，就能夠使COD 有約80%之多的去除率。

其中類芬頓也是一種較為有效的方法，其指的是將紫外光、超聲、微波、氧氣等加入到普通的芬頓氧化法中，通過這種途徑催生大量羥基自由基。根據(jù)有關(guān)學(xué)者的調(diào)查和實(shí)驗(yàn)了解到，UV/H2O2/Fe2+工藝對(duì)于氯酚混合液、硝基苯、氯苯等都具有十分顯著的降解效果。一些學(xué)者為了弄清楚實(shí)際情況，對(duì)氨基苯酚做出了實(shí)驗(yàn)，他們采用芬頓氧化法對(duì)其進(jìn)行降解，并對(duì)比超臨界水氧化技術(shù)與該實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。最終發(fā)現(xiàn)，在這種方法下PAP 去除率能夠高于99%，不過超臨界芬頓氧化法在對(duì)廢水進(jìn)行處理的過程中，譜圖峰值幾乎接近于0，這也就是說與超臨界水氧化技術(shù)相比較而言，超臨界芬頓氧化法降解能力更高。還有一些學(xué)者針對(duì)石油烴類物質(zhì)污染的土壤進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，將類芬頓氧化法進(jìn)行了運(yùn)用，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中如果能夠分四次投加雙氧水，那么就可以在很大程度上對(duì)TPH 去除率進(jìn)行提升，這一比例幾乎達(dá)到了90.73%以上，具有十分顯著的成效。

2.6 超聲氧化技術(shù)

超聲氧化技術(shù)也是高級(jí)氧化技術(shù)的一種，雖然該技術(shù)的應(yīng)用時(shí)間較短，但是具有良好的應(yīng)用效率，是一種優(yōu)勢(shì)較為明顯，且具有較高應(yīng)用價(jià)值的氧化技術(shù)。這種技術(shù)具有無二次污染、氧化設(shè)備操作方便、氧化速度快等多方面的優(yōu)勢(shì)，可以對(duì)污水中的很多有機(jī)物進(jìn)行降解。不過現(xiàn)有情況下，在對(duì)這種技術(shù)進(jìn)行研究的過程中，往往將重點(diǎn)放在單一體系廢水中，且適用的廢水規(guī)模較小。

所以未來要想更好地對(duì)超聲氧化技術(shù)進(jìn)行運(yùn)用，還需要對(duì)應(yīng)用范圍進(jìn)行擴(kuò)大，并加強(qiáng)對(duì)這一技術(shù)的研究，應(yīng)當(dāng)將研究重點(diǎn)盡量集中于高級(jí)氧化技術(shù)的聯(lián)合運(yùn)用上。此外，當(dāng)前我國(guó)在對(duì)廢水處理的過程中，對(duì)這一技術(shù)的運(yùn)用還不是十分重視，未來應(yīng)當(dāng)對(duì)該技術(shù)提升重視度，將其納入到日常廢水處理體系中，不斷提升運(yùn)用效率。

3 高級(jí)氧化技術(shù)的組合方法

3.1 臭氧和紫外光組合氧化

臭氧是一種強(qiáng)氧化劑，電位較高，可以對(duì)芳香族物質(zhì)以及氨基酸等進(jìn)行氧化，不過單純臭氧氧化具有較低的處理效率，難以滿足廢水處理的具體要求，所以在處理時(shí)往往會(huì)在給水處理等環(huán)節(jié)運(yùn)用。根據(jù)相關(guān)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在對(duì)含油廢水進(jìn)行處理的過程中，運(yùn)用臭氧和紫外光組合方法可以取得理想的效果。

可能該技術(shù)在反應(yīng)初期不會(huì)有顯著的效果，但經(jīng)過一定時(shí)期的反應(yīng)之后，則能夠有較為顯著的反應(yīng)速率，且在組合反應(yīng)下還能夠形成羥基自由基，這就能夠更好地對(duì)有機(jī)物進(jìn)行氧化分解，取得較好的廢水處理效果。

3.2 過氧化氫和紫外光組合

在處理廢水的過程中，將過氧化氫和紫外光進(jìn)行組合，也能夠提升廢水處理的效率，原因在于過氧化氫屬于強(qiáng)氧化劑，在處理廢水時(shí)，能夠?qū)⒍拘苑肿舆M(jìn)行轉(zhuǎn)化，使其成為微生物分解化合物，而在反應(yīng)時(shí)，無機(jī)物則有較快的反應(yīng)速度，其與紫外線有效融合，會(huì)存在較高的處理能力。根據(jù)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，在對(duì)氯代酚類物質(zhì)進(jìn)行處理的過程中，運(yùn)用290nm 的波光聯(lián)合過氧化氫，就能夠?qū)τ泻ξ镔|(zhì)進(jìn)行有效處理，且使氯酚等物質(zhì)處理的效率得到顯著提升。此外，在經(jīng)過一定時(shí)間的反應(yīng)之后，還可以將三氯酚完全清除掉，不過在處理中隨著pH 的不斷增加，其整體速度會(huì)持續(xù)降低。由此可見，過氧化氫與紫外光組合具有較好的運(yùn)用效果，未來有待對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行持續(xù)開發(fā)和運(yùn)用。

3.3 臭氧、紫外光和過氧化氫組合法

在對(duì)廢水進(jìn)行處理的過程中，聯(lián)合運(yùn)用臭氧、紫外光、過氧化氫等方法，可以將廢水中有害分子的處理效率提升上來。這種工藝與臭氧和紫外光組合法存在較高的類似性，在紫外光輔助作用下，能夠?qū)⒂泻Ψ肿臃纸鉃樽杂苫?，有效?duì)廢水的色度進(jìn)行降低，并對(duì)有害物質(zhì)進(jìn)行清除，應(yīng)用價(jià)值較高。

4 高級(jí)氧化技術(shù)的展望

高級(jí)氧化技術(shù)屬于一種新的技術(shù)，在廢水處理上具有較好的效果，該技術(shù)與傳統(tǒng)廢水處理技術(shù)相比較來看，可以對(duì)那些原本不能生物降解或者很難進(jìn)行生物降解的有機(jī)污染物進(jìn)行氧化，使之成為較小的分子，并再次對(duì)他們進(jìn)行氧化，這就能夠提升廢水處理的有效性。正是因?yàn)檫@種方法具有較好的效果，所以得到了很多從業(yè)人員的運(yùn)用，在多個(gè)領(lǐng)域都取得了不錯(cuò)的成效，也引起了很多學(xué)者的研究。

不過因?yàn)楦呒?jí)氧化處理方法也存在一些缺陷，例如需要較高的制備成本，在對(duì)光進(jìn)行利用的過程中面臨效率低下的問題，實(shí)踐中一旦處理不好還會(huì)產(chǎn)生二次污染，因此還有待對(duì)之作出深入的探索。建議持續(xù)優(yōu)化和完善工藝參數(shù)，對(duì)具有高性能的催化劑和電極進(jìn)行開發(fā)，并對(duì)聯(lián)用方式進(jìn)行研究，以此進(jìn)一步提升氧化的速率、效率等。此外，也可以單獨(dú)處理不容易降解的污染物。而結(jié)合其他有關(guān)的生物方式，可以進(jìn)一步對(duì)工業(yè)廢水處理的效率進(jìn)行提升，達(dá)到廢水的零排放處理目的。

未來隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，以及人們對(duì)廢水處理重視度的不斷提升，高級(jí)氧化技術(shù)的運(yùn)用也會(huì)更為有效，能夠得到更多人員的關(guān)注，而且還會(huì)提升組合技術(shù)的運(yùn)用概率，廢水處理也會(huì)取得更好的成效。

結(jié)語

本文首先分析了高級(jí)氧化技術(shù)的內(nèi)涵和特點(diǎn)，然后對(duì)該技術(shù)的細(xì)化運(yùn)用方法進(jìn)行了總結(jié)，即光化學(xué)氧化法、臭氧氧化法、電化學(xué)氧化法、催化濕式氧化法、芬頓氧化法、超聲氧化法。其次從三個(gè)方面分析了高級(jí)氧化技術(shù)的組合方法，即臭氧和紫外光組合氧化、過氧化氫和紫外光組合、臭氧、紫外光和過氧化氫組合法，最后對(duì)高級(jí)氧化技術(shù)進(jìn)行了展望，旨在為有關(guān)人員更好地對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行運(yùn)用提供參考和幫助。