高级氧化技术

高级氧化技术

高级氧化技术是一种废水处理方法，其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，反应中生成的有机自由基可以继续参加·HO的链式反应，或者通过生成有机

过氧化自由基后，进一步发生氧化分解反应直至降解为最终产物CO2和H2O, 从而达到氧

化分解有机物的目的。

技术介绍

目前废水处理最常用的生物法对可生化性差、相对分子质量从几千到几万的物质处理

较困难，而化学氧化法可将其直接矿化或通过氧化提高污染物的可生化性，同时还对环境

类激素等微量有害化学物质的处理方面有很大的优势。然而O3、H2O2和Cl2等氧化剂的

氧化能力不强且有选择性等缺点难以满足要求。1987年Gaze等人提出了高级氧化法（Advanced Oxidation processible, 简称AOPs)，它克服了普通氧化法存在的问题，并以其独特的优点越来越引起重视。

Gaze等人将水处理过程中以羟基自由基为主要氧化剂的氧化过程称为AOPs过程，用

于水处理则称为AOP法。典型的均相AOPs过程有O3/UV, O3/H2O2, UV/H2O2,

H2O2/Fe2+(Fenton试剂）等，在高pH值情况下的臭氧处理也可以被认为是一种AOPs过程，另外某些光催化氧化也是AOP过程。

与其他传统的水处理方法相比，高级氧化法具有以下特点：产生大量非常活泼的羟基

自由基·HO其氧化能力（2.80v）仅次于氟（2.87），它作为反应的中间产物，可诱发后面

的链反应，羟基自由基与不同有机物质的反应速率常数相差很小，当水中存在多种污染物时，不会出现一种物质得到降解而另一种物质基本不变的情况；·HO无法选择地直接与废

水中的污染物反应将其降解为二氧化碳、水和无害物，不会产生二次污染；普通化学氧化

法由于氧化能力差，反应有选择性等原因，往往不能直接达到完全去除有机物降低TOC和COD的目的，而高级氧化法则基本不存在这个问题，氧化过程中的中间产物均可以继续同

羟基自由基反应，直至最后完全被氧化成二氧化碳和水，从而达到了彻底去除TOC、COD

的目的；由于它是一种物理化学过程，很容易加以控制，以满足处理需要，甚至可以降低10-9级的污染物；同普通的化学氧化法相比，高级氧化法的反应速度很快，一般反应速率

常数大于109mol-1Ls-1, 能在很短时间内达到处理要求；既可作为单独处理，又可与其他

处理过程相匹配，如作为生化处理的预处理，可降低处理成本。

编辑本段技术应用

前人的研究成果已证实了高级氧化法在废水处理中的实用性，并在水处理领域显示了

广泛的处理前景。实际上在国外，尤其是欧洲，高级氧化法处理废水早已经在一些对经济

成本不敏感的工业过程中得到了广泛的应用，在国内近年来也应用UV/H2O2过程处理造

纸厂废水并取得显著进展，O3/UV系统处理废气的研究早已展开。近年来，高级氧化过程

应用领域已扩展到水体中难降解的持久性污染物。此外，高级氧化过程所需的新型反应器、撞击流反应器、高级氧化法偶合的研究也正在展开，以便进一步强化废水的降解和提高其

处理效果。在城市污水消毒、医院污水处理，以及野外污水处理等方面高级氧化过程也有应用的实例。随着对高级氧化的深入研究，可望在不久的将来在更多的领域内有广泛的应用，也会产生新的理论和技术。

2 AOP法的特点

2.1 氧化能力强

表1为各种氧化剂的氧化电位，可见羟基自由基是一种极强的化学氧化剂，它的氧化电位比普通氧化剂(如臭氧、氯气、过氧化氢)高得多，这意味着·OH的氧化能力要大大高于普通化学氧化剂。

表1 各种氧化剂的氧化电位

2.2 选择性小、反应速度快

表2中列举了水中常见的有机污染物同O3和·OH的反应速率常数。由表2可见，O3对不同的有机物质的氧化速度相差很大，相同条件下与涕灭威的反应速率常数要比林丹高6个数量级以上，这样当使用臭氧处理含这两种有机物的废水时，O3会优先与反应速度快的物质进行反应，而另外一种物质则无法达到处理的目的。·OH与不同有机物质的反应速率常数相差很小，表明羟基自由基是一种选择性很小的氧化剂，当水中存在多种污染物质时，不会出现一种物质得到降解而另一种则基本不变的情况。

表2 常见有机污染物与O3和·OH的反应速率常数

同普通化学氧化法相比，AOP法的反应速度很快。如表2中的数据所示，·OH对含C—H或者C—C键有机物质的反应速率都相当快，一般其反应速率常数＞109mol-1·L·s-1，基本接近扩散速率控制的极限(1010mol-1·L·s-1)，表明此时氧化反应速度是由·OH的产生

速度来决定的，因此用AOP法处理有机物时，在很短的时间内便可以达到处理要求，如以

H2O2/O3处理阿特拉津农药废水时，10min内便可以达到90%

2.3 处理效率高

普通化学氧化法由于氧化能力差、反应有选择性等原因，往往不能直接达到完全去除有机物、降低TOC和COD的目的。同时可以查看中国污水处理工程网更多技术文档。

AOP法则基本不存在这个问题，氧化过程中的中间产物均可以继续同羟基自由基反应，直

至最后被完全氧化成CO2和H2O，从而达到了彻底去除TOC和COD的目的。如使用O3/超声波对于人工合成棕黄酸溶液进行处理时，对TOC去除率达到了90%以上。表3中列举的应

用实例也可证明这一点。

表3 高级氧化法的应用研究实例

处理

BOD/COD 0→0.4

2.4 有效减少THMs生成量

对含有机物的水进行氯消毒时产生的三卤代甲烷类副产物(THMs)被公认为致癌和致畸物质，而腐殖酸和棕黄酸被认为是天然水中卤素的主要吸收者，它们在最后的氯化过程中将会导

致THMs副产物的生成。

普通化学氧化剂(如臭氧)虽然可以将这些大分子的有机物氧化分解成小分子的有机物，从

而部分减少THMs产生的可能性(THMFP)，但难以达到完全消除；另外如果水中含有溴化物