有機污染物降解方法研究

宋小偉

（天水市生態(tài)環(huán)境局秦安分局，甘肅 天水 741600）

引言

隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，城市化規(guī)模不斷擴大，人類對水資源的利用率和需求不斷提升，污水的排放量也隨之迅速增加，使各類水體的污染不斷加重，生物多樣性遭到了嚴重的影響。目前的水體污染物中，有機污染物污染突出性高，分布廣泛、種類多、成分復雜，治理起來也最為繁瑣，特別是在水質(zhì)中存量少的有機污染物，對環(huán)境的影響大，但常規(guī)的膜分離、生物降解、吸附等凈化方案效率低、成本高，無法取得有效的治理效果，無法滿足現(xiàn)代化的水體污染治理需求。

隨著污水凈化技術(shù)的不斷進步，本文提出了一種新的有機污染物降解方案，其采用高級氧化原理，能夠?qū)⒂袡C物進行降解并轉(zhuǎn)換為小分子物質(zhì)，從而降低了有機污染物質(zhì)對微生物的抑制性，提高了微生物對有機污染和的降解效率。高級氧化的核心是通過超級氧化劑來對有機物進行降解，而對不同的污染物有針對性的強氧化劑，目前對各類強氧化降解方法未進行統(tǒng)一的分析，導致在實際應(yīng)用中存在較大的不規(guī)范性，不僅降低了對污染物的祛除效果，而且容易造成水體的二次污染。因此對各種強氧化降解方案進行了分析，對其應(yīng)用原理和特點進行講解，為規(guī)范水體有機物降解方法，提高水體污染治理效率提供了理論參考，提升水體內(nèi)的有機污染物降解效果具有十分重要的意義。

1 芬頓氧化法

芬頓氧化法是以芬頓試劑為強氧化劑來實現(xiàn)對水體中有機污染物分解的方法，芬頓試劑[1]是一種由過氧化氫和亞鐵鹽按照一定比例混合、反應(yīng)而成的試劑。芬頓氧化法在應(yīng)用時候是將芬頓試劑添加到需要凈化的污水內(nèi)，然后芬頓試劑進行分解生產(chǎn)過氧化氫基團，過氧化氫基團能夠和水體內(nèi)的有機物結(jié)合，對其進行降解。

芬頓氧化法的優(yōu)點在于其氧化特性極強，基本上能夠?qū)λ械挠袡C污染物進行降解，效率高、凈化較為徹底，設(shè)備投入少，但其缺點是對使用環(huán)境條件要求較為苛刻，在弱酸性的環(huán)境中降解效果好，但在堿性環(huán)境中的降解效果會大打折扣。同時凈化成本高，在使用過程中會產(chǎn)生大量的含有鐵元素的污泥，處理難度大，會進一步造成水體的二次污染，因此主要應(yīng)用在弱酸性且污泥較少的水體內(nèi)。

2 類芬頓氧化法

為了解決芬頓氧化法在堿性環(huán)境中使用效果差、易造成二次污染的不足，研究人員提出了一種類芬頓氧化體系，該體系主要是過氧化氫+氧化鐵體系、Nafion-Fe/H2O2體系以及特殊非均相芬頓氧化體系，其在保留了芬頓凈化體系的優(yōu)勢基礎(chǔ)上較好的解決了芬頓體系處理污染物所存在的應(yīng)用環(huán)境受限、存在二次污染的不足。

過氧化氫+氧化鐵體系，主要是利用氧化鐵礦物質(zhì)和過氧化氫混合后會發(fā)生類芬頓反應(yīng)，其化學產(chǎn)物能夠破壞水體內(nèi)的有機物的氧化官能團，使有機會發(fā)生分解，從而達到凈化水體的目的。氧化鐵在自然環(huán)境中的存在較為廣泛，而且由于其自帶磁性，因此在反應(yīng)結(jié)束后能夠在外加電場的作用下快速的實現(xiàn)分離物的沉淀，便于凈化。而且鐵氧化物的比表面積大、催化性強、成本低，主要應(yīng)用在堿性水環(huán)境中，成本低、凈化效率高。

Nafion-Fe/H2O2體系[2]，該體系主要是利用Nafion和鐵離子之間的離子交換作用將鐵離子固化，能夠在對水體內(nèi)的有機物進行降解的同時固化游離在水體中的鐵離子，降低芬頓氧化過程中鐵離子過多沉淀在污泥中而導致的水體二次污染。該凈化體系的缺點在于凈化價格高，因此主要用在小范圍的水體凈化過程中，污染大范圍的推廣應(yīng)用。

特殊非均相芬頓氧化體系，該體系主要是指一些特殊的能適應(yīng)不同pH 環(huán)境的化合物，其中具有代表性的為UV/預磁化Fe/H2O2體系，根據(jù)實際驗證，采用該體系，能夠在20 min 內(nèi)將水中的磺胺二甲嘧啶完全消除，其凈化效率為傳統(tǒng)氧化物的1.6 倍。同時該非均相芬頓氧化體系具有極強的礦化能力，能夠有效的除去水體中的各類抗生素，成本低、效率高。

3 臭氧催化工藝

臭氧催化體系，是利用臭氧來對水體中的有機污染物進行分解的一種方案[3]，具有環(huán)境友好型的特點，其能夠直接對水體中的有機污染物進行降解，同時在催化劑的作用下與水反應(yīng)，生產(chǎn)氫氧化基，進一步提升對有機污染物的分離效果。

在實際應(yīng)用過程中，采用臭氧催化工藝能夠同時降低有機污染物的抗氧化能力，進一步提升對有機污染物的降解效果，但由于臭氧催化無法完全使有機污染物礦化，一般無法徹底清除水體中的有機污染物，一般需要和其他的降解工藝相配合才能達到比較好的祛除效果。目前比較常見的是利用磁性離子交換樹脂吸附和臭氧相結(jié)合的方式，先有臭氧對有機污染物進行催化降解，然后再利用磁性離子交換樹脂對水體中剩余的污染物和分解離子進行吸附，根據(jù)實際驗證當臭氧的質(zhì)量濃度為8 mg/L、磁性離子交換水質(zhì)的量為7.8 mL/L 的情況下具有最佳的有機物降解效果。

由于臭氧催化體系難以進行單獨凈化使用，在和磁性離子交換樹脂[4]配合使用時難以根據(jù)水體環(huán)境進行精確配比，因此實際應(yīng)用效果不佳，主要應(yīng)用在水體的深處理階段，能夠有效降低成本提高凈化的效率和可靠性。

4 電化學催化氧化

電化學催化氧化，是將污染水體內(nèi)通入特點的電流，從而將有機物進行氧化和轉(zhuǎn)化的一種處理方案。電化學催化氧化方案主要包括了直接氧化和間接氧化兩種模式，一般情況下兩種模式時并行存在的。當在進行直接氧化的過程中，污水中的有機物能與水中的陽極離子反應(yīng)失去電子，從而形成小分子類的化合物。而在間接氧化的過程中，水體內(nèi)的陰離子和陽離子相互結(jié)合，形成一種具有極強氧化能力的中間離子[5]，在中間離子的作用下能夠提升對有機污染物的降解效果。

目前，科學家開發(fā)了一種已雙功能電催化過濾器作為陽極反應(yīng)和分離介質(zhì)，實現(xiàn)從污染水體內(nèi)祛除各類難溶解性的有機物。通過實際驗證，采用電化學催化法時，能夠快速的對水體內(nèi)的污染物進行降解，同時通過特定的電流離子，使分解后的污染物進行聚集，形成大顆粒沉淀物，在電催化器附近設(shè)置過濾篩，能夠快速對收集水體中形成的污染物顆粒。該方案具有祛除效果好、成本低的優(yōu)點，目前主要的缺陷是控制電流難以穩(wěn)定輸出，導致實際降解效果較低。

5 結(jié)論

針對目前水環(huán)境中有機污染物類別多、水體污染嚴重、祛除困難的現(xiàn)狀，對多種水體污染物降解方法進行了分析，對芬頓氧化法、類芬頓氧化法、臭氧催化、電化學催化的原理和應(yīng)用情況特性進行了分析，結(jié)果表明：

1）芬頓氧化法效率高、凈化較為徹底，設(shè)備投入少，但凈化成本高，會進一步造成水體的二次污染，因此主要應(yīng)用在弱酸性且污泥較少的水體內(nèi)。

2）類芬頓氧化法，在保留芬頓氧化法的優(yōu)點的同時，解決了芬頓氧化法的不足，但需要針對不同的有機污染物進行針對性的降解。

3）臭氧催化體系難以進行單獨凈化使用，主要應(yīng)用在水體的深處理階段，能夠有效降低成本提高凈化的效率和可靠性。

4）電化學催化氧化，祛除效果好、成本低的優(yōu)點，目前主要的缺陷是控制電流難以穩(wěn)定輸出，導致實際降解效果較低。