高级氧化技术去除难降解性污染物

高级氧化技术去除难降解性污染物

王景峰龚泰石尹静

（军事医学科学院卫生学环境医学研究所天津市300050）

摘要：本文介绍了新型化学氧化技术—高级氧化法（AOP）的定义及其氧化机理，它具有传统氧化法无法比拟的优势，其氧化能力强、反应无选择性、反应速度快、氧化彻底、不产生二次污染，同时亦可达到多种处理效果，即在氧化分解微量难降解有机物的同时，可进行脱色、脱臭、杀菌以及COD（或TOC）的去除，是具有广阔发展前景的氧化技术，尤其是对难降解性物质的去除更具有现实的意义。

关键词：高级氧化法；难降解有机物；水处理

目前，难降解性微量化学物质对环境的污染与危害引起人们的重视，这些物质对人体具有不良的影响及危害性，如造成生殖系统障碍、致畸、致癌等。因此美国国家研究委员会（NRC）在制定21世纪优先研究领域时把《环境中的化学品》列为今后20年应加以资助的六个重点领域之一。

传统的废水处理方法对难降解性物质的去除效果不理想，而高级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，同时还在环境类激素等微量有害化学物质的处理方面具有很大的优势。高级氧化法（Advanced oxidation processes,简称AOP）[1]，它克服了普通氧化法存在的问题。是通过将臭氧、紫外线、过氧化氢、超声波等组合生成羟基自由基，依靠其强大的氧化力将水中难降解有机物氧化分解。

1.催化氧化原理

典型的高级氧化法有O3/UV，O3/H2O2，UV/H2O2，H2O2/Fe2+（Fenton试剂）等，在高pH值下的O3处理也可视为一种AOPs过程，另外，某些光催化氧化也是一个AOPs过程。如前所述，AOPs法主要是以羟基自由基为氧化剂与有机物发生反应[2]，其中羟基自由基的氧化还原电位为2.85ev，而臭氧的是2.07ev，H2O2的是1.77ev，次氯酸的是1.49ev，可见其氧化能力非常强。另外，羟基自由基选择性较低，可有效去除各种各样的微量物质。

2.AOP法的特征

2.1 氧化力强，可去除微量有害污染物

羟基自由基的氧化力强且反应选择性小，所以AOP法可高效去除微量污染物质。

2.2 可达到多种处理效果

在氧化分解微量难降解有机物的同时，可进行脱色、脱臭、杀菌以及COD （或TOC）的去除。

2.3 不产生二次污染

使用过程中O3、H2O2、紫外线分解为水或氧，不产生污泥、浓缩废水等二次污染物。

2.4 处理效率高，有机物分解彻底

羟基自由基氧化力强，可在一定条件下完全分解有机物。一般来说，氧化过程中的中间产物均可继续同羟基自由基反应，直至最后被完全氧化成CO2和H2O，从而达到彻底去除TOC和COD的目的。如使用O3/超声波对人工合成棕黄酸溶液进行处理时，对TOC去除率达90%以上。在AOP法中，羟基自由基的发生方法如图1所示[4]。

2.5 反应速度快

羟基自由基非常活泼，与大多数有机物反应时速率常数通常为106—109M-1S-1，表1为某些有机物臭氧氧化与羟基自由基氧化速率比较。

3. AOP法的应用

3.1 对水源水中THMs生成量的分解去除

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，但难以达到完全消除。AOP 法则可以有效地减少THMs的生成，它可将有机物质彻底氧化成H2O和CO2，另外当水中存在THMs时，AOP法也可以部分消除这些物质，并可有效地减少

3.2.1急毒性

Microtox test评价结果如图2所示，EC50值是浓缩倍数，表中数值大则急性毒性低，反之则高。可见，MF膜处理后对急毒性的处理效果低下，RO膜、O3/H2O2对急毒性有较高的作用效果，而其中O3/H2O2略高于RO膜法。

表1 某些有机物臭氧氧化与羟基自由基氧化速率常数[2,3]

3.2.2 变异性

Amestest rec-assay的结果中，污水二次处理水，砂滤与MF膜处理水分别浓缩500倍仍呈阳性，而O3/H2O2、RO膜法处理水浓缩5000倍仍为阴性，可见，O3/H2O2、RO膜法处理水变异性大大低于常规氧化法。

3.2.3搅乱内分泌化学物质的去除

如图3所示的评价结果，ELISA（enzyme-linked immnosorbent assay）是用人体主要的雌激素17βetradiol为评价对象，而yeast estrogen screen法是在酵母染色体中加入人体雌激素，对雌激素类物质总量进行评价。

从图中可见，砂滤、MF膜处理效果低下，RO膜、O3/H2O2法效果较好，尤其是O3/H2O2法几乎可以完全去除环境类激素物质。

高级氧化法

RO膜处理水

MF膜处理水

砂滤处理水

废水二级出水

EC50（15分值）

图2 Microtox test评价结果

砂滤处理MF膜RO膜O3/H2O2

图3 搅乱内分泌化学物质评价结果

3.3 对其它难分解废水的去除应用实例[7~10]

AOP法的应用如表2所示，该法对于微量有害难降解化学物质的处理具有其他方法无法比拟的显著效果，发展前景广阔[11-12]。

4 结语

AOP法同传统的化学法相比，具有氧化能力强、氧化过程无选择性、反应彻底等优点，对微量难降解有机物的处理具有极大的应用价值，可广泛地应用于水厂、污水厂、垃圾渗滤液处理上，对满足人们日益提高的水质要求具有重要的实际意义。

参考文献：

1.Suan J Masten, Simon H R Davies. There are more than 40 municipal

wastewater treatment plants in the united states the have ozonation