水处理中的高级氧化技术

水处理中的高级氧化技术

发表时间：2017-10-20T12:02:09.970Z 来源：《防护工程》2017年第16期作者：谢耀东1 李冬2

[导读] 经济社会快速发展的同时，水污染现象也更加严重，水中的有机物种类增多。

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摘要：高级氧化技术是一种新型的水处理方法，对于有机废水具有良好的降解效果。本文首先分析了高级氧化技术的应用特点，然后介绍了几种常见的技术类型，最后对比了应用期间的优缺点，以供参考。

关键词：水处理；高级氧化技术；特点；性能对比

经济社会快速发展的同时，水污染现象也更加严重，水中的有机物种类增多，威胁到人们的正常生活。其中，一些有机物具有稳定的化学性能，使用常规氧化剂的降解能力有限，导致水处理效果不佳。在此背景下，高级氧化技术应运而生，由于氧化能力增强，能实现彻底降解的目标，以下进行深入探讨。

1、高级氧化技术的应用特点

高级氧化技术最早是在1987年提出的，指的是以羟基自由基作为主要氧化剂，对水体中的污染物进行氧化分解。随着该技术的发展，目前在定义上更加全面，是光、电、催化剂、氧化剂协同作用，产生具有高活性、强氧化性的自由基，首先将水体中的有机物质分解成小分子物质，然后分解为CO2、H2O，实现净水目标。相比于传统氧化技术，高级氧化技术的应用特点如下[1]：第一，在反应过程中，会形成大量自由基，且具有较强的氧化性，以硫酸根自由基为例，其氧化还原电位为2.6V。第二，氧化反应的速度快，一般有机物的氧化速率为106-109m/s。第三，水处理应用范围广，如果自由基具有较高的氧化电位，基本可以对任何有机物进行氧化分解。第四，设备操作简单，反应条件容易控制，不会有高温、高压等特殊要求。第五，处理过程中会诱发链反应，而且不同处理技术可以联合使用，实现预处理、深度处理的目标。

2、水处理中常见的高级氧化技术

2.1 Fenton法

Fenton法是在1894年提出，研究发现在酸性水溶液中，如果Fe2+、H2O2同时存在，此时就会对酒石酸产生氧化作用。Fe2+和H2O2的组合就是Fenton试剂，反应过程中形成·OH的方程式如下：Fe2++H2O2→Fe3++·OH+OH-，k=51M/s。由于·OH性质不稳定，如果溶液中没有其他反应物，就会和Fe2+反应生成Fe3+、OH-，方程式如下：Fe2++·OH→Fe3++OH-；如果溶液中存在有机物，·OH会和氢原子形成有机基R·，方程式如下：·OH+RH→R·+ H2O，R·+ H2O2→R-OH+HO·

分析Fenton法的应用特点，优势是氧化能力强，操作简单，可以单独使用，也可以联合使用[2]。缺点是水处理费用高，H2O2的利用率低，Fe2+过量使用容易造成二次污染。

2.2 臭氧氧化法

O3属于强氧化剂，能在水溶液中分解成为含氧自由基，但是氧化速度慢。为了提高氧化速率，研究表明在碱性溶液中，OH-和O3接触后会加快分解速度，形成·OH。对于有机物的降解，其作用机理分为直接反应、间接反应两种类型；O3在水中要想生成·OH，可以处于碱性条件，可以紫外光照射，也可以加入金属催化物。实践证实[3]，单一使用O3进行水处理，O3的利用率低、氧化能力有限，因此处理效果不佳，对此提出了组合工艺技术，例如O3+催化剂、O3+超声波、O3+ H2O2、O3+UV等，能提高有机物的降解效果。

2.3 湿式氧化法

湿式氧化法需要在高温、高压条件下完成，一般温度控制在125-320℃，压力控制在0.5-10MPa，促使氧气和水中悬浮态、溶解态有机物发生反应，或者和还原态的无机物发生反应，从而形成CO2和H2O。该处理技术的应用，要求设备具有耐高温、耐高压、耐腐蚀的性质，由于前期投资大，不利于大规模使用。

2.4 超声氧化法

简单来说，超声氧化法就是使用超声波对溶液进行辐射，促使溶液的温度、压力升高，局部生成高浓度的H2O2、·OH，实现有机物降解的目标。实践应用表明，单独采用超声氧化法，能够除去水体中的有机物，但是处理成本高，对于TOC的去除效果不彻底，因此一般联合使用。有研究指出[4]，对比超声、H2O2、超声+H2O2三种处理技术，将其应用在苯酚模拟废水中，结果显示的超声+H2O2处理效果优于其余两种处理方案。

2.5 超临界水氧化法

超临界条件下，水的气液相界面会消失，此时流体具备了气态、液态的性质，容易和非极性有机物互溶，但是不能溶解有机物，从而实现去除有机物的目标。相反应速度快，能将有机物分解成小分子化合物，联合应用催化剂，还能提高反应效率。超临界水氧化法的特点如下[5]：一是应用范围广，氧化分解的对象基本上涵盖了所有的有机污染物；二是有机物在氧化过程中会产生热量，能满足维持反应需求；三是整个反应过程处于密闭容器中，不会产生二次污染；四是反应器的组成结构简单，即使反应器体积小，也能够处理大流量的有机物。

2.6 光化学氧化法

光化学氧化法是在光的刺激下，促使氧化剂产生更多的自由基·OH，从而提高氧化能力，对有机物进行快速降解。根据氧化剂的不同进行分类，常见如UV+ H2O2、UV+O3、UV+ H2O2+O3等。以UV+ H2O2为例，臭氧的分解率明显提高，·OH的数量增多，从而改善了污染物的处理效果。

在光化学氧化法的基础上，又提出了光催化氧化法，指的是采用半导体作为催化剂，经过光的照射，表面价带电子会转移到导带，如此价带上出现空穴，具有较强的得电子能力。和H2O接触后，会导致电子失去形成·OH，然后和水中有机物反应，降解成为小分子，实现污染处理目标。常见的半导体催化剂有ZnS、ZnO、TiO2等，其中TiO2不仅催化性能强，而且具有良好的耐光腐蚀性，材料本身容易获

得，因此应用比较广泛。

3、高级氧化技术的应用对比

通过分析可知，不同高级氧化技术的应用范围不同，且各自具有一定的优点和缺点，具体总结见下表1。

结语：

综上所述，经济社会的发展也带来了水污染，采用一种安全高效的水处理技术，成为污染治理的关键。高级氧化技术具有适用范围广、反应速度快、处理效果好的特点，因此应用价值高。文中详细介绍了几种常见的技术类型，并指出相应的优缺点，希望工作人员合理选用，以改善水处理效果。

参考文献：

[1] 郑经堂,朱超胜,江波等.活性炭纤维与高级氧化技术在水体修复领域的联合应用[J].新型炭材料,2015,30(6):519-532.

[2] 张晏晏,高乃云,高玉琼等.高级氧化技术去除水中双酚A研究进展[J].水处理技术,2012,38(8):1-4,14.

[3] 张志宏.废水处理中的常用高级氧化技术[J].安徽化工,2012,38(3):1-4.

[4] 张萱,郭幸丽,凌晞等.高级氧化技术在水处理中的研究进展[J].天津化工,2013,27(3):11-13.

[5] 王凌骅.微波化学高级氧化技术及在水处理中的应用[J].低碳世界,2017,(6):23-24.