高级氧化技术在废水处理中的应用

高级氧化技术在废水处理中的应用

袁芳1董俊明2

（1.湖南交通职业技术学院，湖南长沙410004；2.湖南城建职业技术学院，湖南湘潭411103 ）

摘要介绍了水处理中的几种高级氧化技术（化学氧化法、化学催化氧化法、湿式氧化法、超临界水氧化法、光化学氧化法、电化学氧化法）的作用机理，综述了近十几年来高级氧化法在废水预处理中的应用，并探索了该领域的发展方向。

关键词水处理高级氧化技术废水

Application of oxidation technology to wastewater treatment Yuan Fang1, Dong Junming2.（1.Hunan Transportation Professional Technology Institute, Changsha Hunan 410004；2.Hunan Urban Construction College，Xiangtan Hunan 411103）

Abstract: This article mainly introduced some kinds of interaction mechanisms of advanced oxidizing processes（chemical oxidation method, chemical catalytic oxidation, wet air oxidation, supercritical wet air oxidation, photochemical oxidation, electrochemical oxidation）in wastewater degradation, and summarized some applications of advanced oxidation technology in water treatment near a few decades, and explored the development direction of this field.

Keywords: Water treatment Advanced oxidation technology Wastewater

高级氧化技术是20世纪80年代发展起来的处理废水中有毒有害高浓度污染物的新技术。它的特点是通过反应把氧化性很强的羟基自由基•OH释放出来，将大多数有机污染物矿化或有效分解，甚至彻底地转化为无害的小分子无机物。由于该工艺具有显著的特点和独特的优点，因此引起世界各国的重视，并相继开发了各种各样的处理工艺和设备，使高级氧化系统具有很强的生命力和竞争力，应用前景广阔[1]。

根据所用氧化剂及催化条件的不同，高级氧化技术通常可分为六大类：（1）化学氧化法；（2）化学催化氧化法；（3）湿式氧化法；（4）超临界水氧化法；（5）光化学氧化法和光化学催化氧化法；（6）电化学氧化还原法。

1 高级氧化技术在废水处理中的应用

1.1 化学氧化法

化学氧化法是利用化学氧化剂的强氧化性，将废水中的无机物和有机物彻底氧化成无毒的小分子物质或气体，从而达到处理的目的。化学氧化法可以去除废水中的绝大多数有机污染物和某些无机物。常见的化学氧化剂为O3、H2O2、ClO2、KMnO4和K2FeO4等。这些氧化剂通常情况下都是强氧化剂，在酸性和碱性溶液中可以氧化多种有机污染物。特别是可溶性Fe2+和H2O2按一定的比例混合所组成的芬顿（Fenton）试剂，能氧化许多有机物，且操作不需要高温高压，处理效果好，但存在一些难以克服的弱点。目前，化学氧化法所需的费用还较高，仅用于饮用水处理、特种工业用水处理、有毒有害高浓度有机废水的处理以及以回用为目的的废水深度处理等。

化学氧化法可以去除废水中的绝大多数有机污染物和某些无机物。复杂有机化合物的

降解历程和中间产物极为复杂。通常碳水化合物氧化的最终产物是CO2和H2O，含氮有机物的氧化产物主要是NO2－及NO3－类产物，含硫有机物主要是SO42-类产物，含磷有机物主要是PO43+类产物。各类有机污染物被氧化的难易程度不等。实验表明，酚类、醛类、酮类、有机胺及芳胺类、硫醇和硫醚等易于氧化；醇类、酸类、酯类、烷基取代的芳烃类、硝基取代的芳烃类、不饱和烃类、碳水化合物等在一定条件下可以氧化；而烷烃、卤代烷烃、合成高分子聚合物等难以氧化。

1964年加拿大学者Eisenhauer 首次使用Fenton试剂处理了苯酚废水和烷基苯废水获得成功。1968年，Bishop研究了Fenton试剂氧化去除城市污水中难降解有机物，结果证明大部分有机物可完全被矿化。1980年美国Catherine报道了采用H2O2 + UV 可成功地处理TNT废水。Murugan也用该方法处理自来水中的有机物，取得了良好的效果。Barbeni 等采用Fenton试剂氧化水溶液中的二氯酚和三氯酚，去除效果显著。日本学者报道了采用H2O2+ Fe2++ 曝气系统对甘露醇废水进行预处理，然后接活性污泥可除去废水中99%以上的COD。含有苯、甲苯、二甲苯和甲基叔丁基醚污染物的地下水采用UV+H2O2 + O3的结合处理，在30 min内除去了80%以上的COD。

1.2 化学催化氧化法

化学催化氧化法是在传统的湿式氧化处理工艺中，加入适宜的催化剂以降低反应所需的温度与压力，提高氧化分解能力，缩短反应时间，防止设备腐蚀和降低成本。

化学催化氧化法主要应用于石油炼制和化学工业废水的处理，它对于气态污染物、液态污染物、固态污染物的处理都有成功的实例。在气态污染物的治理中，SO2和NO x的催化转化及有机废水的治理都用过这种方法。采用催化氧化处理SO2，是基于SO2可催化氧化成SO3，气相催化氧化法一般是用V2O5作催化剂，将SO2氧化成SO3而制得H2SO4。催化还原法净化NO x气体是利用不同的还原剂，在一定温度和催化剂的作用下将NO x还原为N2和H2O。催化湿式氧化法在日本等国已获得工业化规模的应用，每年都有大量的催化剂专利出现。日本大阪瓦斯公司采用非均相湿式催化氧化技术处理焦化废水获得成功。该处理中试装置规模为6 t/d，催化剂以TiO2或ZrO2为载体，在其上附载百分之几的一种或多种过渡金属及稀土元素制得催化剂。该装置连续运行459 d的结果表明，催化剂无失活现象[2]。日本触媒化学工业株式会社采用非均相催化湿式氧化技术处理化工废水也取得了成功。对COD40 g/L，TN 2.5 g/L，SS 10 g/L的废水，在240 ℃，压力为50 kg/cm2，水流速为1 L/h的条件下，COD、TN和氨氮的去除率分别为99.9%、99.2%和99.8%[3]。最近在欧洲也掀起了催化湿式氧化的研究高潮。研究和开发新型高效催化剂对于推广催化湿式氧化在各种有毒有害废水废气处理的应用，具有较高的实用价值。

1.3 湿式氧化法

湿式氧化技术是从20世纪50年代发展起来的一种处理有毒有害、高浓度有机废水的有效水处理方法。它是在高温高压的条件下，以空气中的O2为氧化剂，在液相中将有机