高级氧化技术在水处理中的应用

高级氧化技术在水处理中的应用

刘姣1孙茂2

中国城市建设研究院有限公司北京100000

摘要：高级氧化技术是目前很受人们关注的新型水处理工艺，特别是对难降解有机废水有其独到之处。本文着重介绍了Fenton法、湿式氧化法、超声氧化法、电化学氧化法在水处理中的作用机理和研究进展，并展望了高级氧化技术的发展方向。

关键词：高级氧化技术；Fenton法；湿式氧化法；超声氧化法；电化学氧化法

随着现代化学工业的不断发展，通过各种途径进入水体中的化学合成有机物的数量和种类急剧增加，对水环境造成了严重污染。在水处理工程中，含此类物质的废水通常难以采用生物法处理，而常规的物理、化学方法也难以在技术和经济上满足净化处理的要求。近年来，高级氧化技术用于处理小流量、高浊度、难降解的有机废水取得了较好的应用实例和应用前景，已成为业界的研究热点。高级氧化技术（又称深度氧化技术）是20世纪80年代开始形成的，运用氧化剂、电、光照、催化剂生成的活性极强的自由基（如·OH等）来降解有机污染物的技术。·OH的氧化电位是2.8V，仅次于氟的2.87V，它可使难降解有机污染物发生开环、断键、加成、取代、电子转移等反应，使大分子难降解有机物转变成小分子易降解物质，甚至直接氧化成CO2和H2O，达到无害化处理的目的。近20年来，高级氧化技术（AOP）已有了长足的发展，其中的有些技术已经应用于很多领域的水处理中，包括净化饮用水、工业废水、地下水和垃圾填埋场渗滤液等。概括的说，高级氧化法最显著的特点是以羟基自由基为主要氧化剂与有机物发生反应，能够产生羟基自由基的方法都可以归入高级氧化方法范畴.如Fenton法、湿式氧化法、超声氧化法、电化学氧化法，除此之外还有紫外辐照法、微波法超临界水氧化法等。但是单独使用这些方法来分解难降解有机污染物的效果往往不够理想，更有效的方法是将这些单独方法联用，以产生高浓度羟基自由基来加速有机污染物的分解反应。

1Fenton法

Fenton试剂，其主要成分为过氧化氢和亚铁离子，可以用来氧化降解污染物或者废水，Fenton还被用做降解有机化合物，如三氯乙烯，四氟乙烯等。Fenton试剂之所以具有很强的氧化能力，主要是因为H202被Fe2+催化分解生成羟自由基（·OH），并引发更多的自由基生成。同时，Fe2+被氧化成Fe3+产生混凝沉淀，去除大量有机物。Fenton试剂的缺点是H202的利用率不高，不能充分矿化有机物，且H202价格昂贵，所以Fenton法往往不单独使用。在实际应用中，通常是与其它处理方法联用，将其用于废水的预处理或最终深度处理。

随着环境科学技术的发展，近三十年来，Fenton法派生出许多分支，如光Fenton法、电Fenton法、超声Fenton法等。因此，从广义上讲可以把除普通Fenton法外，其余的通过H202产生羟基自由基处理有机物的技术称为类Fenton试剂法。近年来，Fenton试剂与其它技术（如生物法、絮凝法、吸附法等）联合处理废水也得到了广泛的研究和应用。从发展历程来看，Fenton法基本上是沿着光化学、电化学以及和其它方法联用的3条路线向前发展的。

目前Fenton氧化法与其它方法联用的实验主要集中在系统的积极效应（如生化性提高、抑制性降低等方面）和对后续处理的影响。但较少对整个系统的综合效应进行研究，并对整个系统进行模拟。

2湿式氧化法

湿式氧化法是将待处理的污水置于密闭的容器中，在高温（125℃-320℃）和高压（0.5-10Mpa）条件下用空气或过氧化氢或纯度较高的氧作为氧化剂，按燃烧方法将污水中有机物降解的处理方法。其中用空气做氧化剂的技术又叫做湿式空气氧化法（简称WAO）。较高的温度促使反应速度剧增，使有机物可以在数秒钟内被氧化分解，而较高的压力则保证反应在液相中进行。

湿式催化氧化工艺有如下特点：

⑴适用范围广，不仅有效处理高浓度有机废水，还可处理污泥以及活性炭再生等。⑵处理效率高，选择合适温度、压力和催化剂，WAO降解90%以上有机物，同时还可去除氰、硫、氮等无机物。⑶氧化速度快，占地少。⑷经WAO处理后，生物降解性能提高。⑸没有二次污染。⑹需要耐高温、高压设备，一次投资大，但运行费用低。

3超声氧化法

超声降解有机污染物的机理是在超声波（频率一般在2104--一5108Hz）作用下液体产生声空化，即液体在超声作用下产生一定数目的空化泡，在空化泡崩溃的瞬间，会在空化泡内及周围极小空间范围内产生1900～5200K高温和5lO7Pa的高压，并伴有强烈的冲击波和时速高达400km·S-1的射流，这些极端环境可使泡内水蒸气发生热分解反应，产生具有强氧化能力的自由基，易挥发有机物形成蒸汽直接热分解，而难挥发的有机物在空化泡气液界面上或在本体溶液中与同空化产生的自由基发生氧化反应，而达到降解有机污染物的过程。影响超声氧化法的主要因素有污水水质、超声波的声能密度、溶解气体、pH和降解时间等，其中超声波的声能密度是主要影响因素。

如今，国内外有关超声氧化法的研究正逐步开展，基本处于试验探索阶段，对BROW预处理的研究成果也有一定报道。如学者利用US预处理农药污水和制药污水，处理后污水B／C值分别由0．04和0升至0．24和0．36，生物降解性能有一定得提升；还有学者采用超声辐照．活性污泥法联合处理焦化污水，与单独采用活性污泥法相比，污水的COD降解效率由单独采用活性污泥法的45％提高至81％。

超声氧化法虽具有设备简单、易操作、和无二次污染等优点，但超声氧化法存在降解效果差、超声能量转化率及利用率低、处理量小、处理费用高和处理时间长等问题。目前，超声常常作为其他氧化剂或处理技术的辅助和强化技术，形成了US／O3、US／H202、US／Fenton、US／UV／Ti02、US／WAO等组合工艺。因此，将超声技术与其它技术相结合是很有发展潜力和应用前景的研究方向。

4电化学氧化法

所谓电化学氧化法是指利用具有催化活性的电极氧化去除水中污染物的方法，包括污染物在电极上发生直接电化学反应和利用电极表面产生的强氧化性活性物种使污染物发生氧化还原转变的间接电化学转化。常用的电化学方法有电氧化法、电还原法、电凝聚法、电渗析法、电气浮法、磁电解法、微电解法等。和其他废水处理方法比较，电化学方法具有适应面广、可控性强、流程简短、操作方便等优点，同时也具有能耗大、成本高、有机物分解不彻底等缺点。

5展望

在高级氧化法中，多项单元技术的优化组合是水处理技术的发展方向。如何更有效地利用各种氧化技术的协同效应，寻找适合于水处理的新途径，将是今后研究的焦点.目前尚需解决的问题有：（1）从理论上深入研究高级氧化作用机理和协同作用机理，进一步扩大研究应用范围，使这些技术在水处理中产生更好的协同作用；（2）在工程应用上进一步拓宽实验物系，尤其是针对难降解物系和实际多组分物系开展研究，探讨各种工艺的影响条件及其应用范围；（3）与其他水处理技术相比，高级氧化技术还存在反应条件、费用较高等问题，应通过优化工艺参数和改进反应器结构，来进一步提高水处理效率、降低成本，使其更好地应用于实际废水处理中。

参考文献：

[1]张广超，李宇庆.高级氧化技术在废水处理中的应用[J].化肥设计，2006，44（5）：57-60.

[2]薛向东，金奇庭.水处理中的高级氧化技术[J].工程与技术，环境保护，2001：13-15.