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

摘要：随着我国经济的飞速发展，我国的工业取得了长足的进步和发展，但是

由于我国社会发展的特殊形式，也导致了工业发展的过程中各行业污水的排放量

也在不断增加，使得我国的水污染现象越来越严重，尤其是工业废水的排放量大，水质的成分复杂，所以处理起来就具有很大的难度，对环境造成严重的污染，同

时也直接威胁着人类健康。因此，目前高级氧化技术与其他技术的组合应用于中

水回用工艺，己成为目前人们研究的热点。基于此，本文首先对高级氧化法进行

了概述，详细探讨了处理废水的高级氧化技术，旨在提高废水处理效率。

关键词：高级氧化技术；废水处理；应用

各种有机工业废水的排放和对环境的污染是逐年增加的。传统的物理、化学

和生物方法难以满足要求的净化处理技术和经济，这种废水处理技术正成为研究

的热点。与研究的不断深入，高级氧化技术应运而生并取得了重大进展。先进的

化学氧化技术，是典型的传统水处理技术的化学氧化法的基础上，改革已经形成

一个新的技术方法，这种技术是有效的、彻底的、广泛适用的范围、无二次污染等，已经引起了人们的关注。

1 高级氧化法概述

1.1定义

高级氧化法，又称深度氧化法，是利用氧化剂、催化剂、光、电超声波等技术，在反应中产生大量的氧化性强的氧化活性物质（如・OH等），并通过氧化

活性物质与污染物之间的加合、取代、电子转移与断键等反应过程，将污染物分

解成小分子物质或CO2、H2O等无机物的污水处理技术。高级氧化法通过不断深

入的研究，在污水处理领域具有较好的应用前景，特别在生物难降解污染物处理

领域备受关注。生物难降解污染物一般分子量较大、化学结构稳定并含有对微生

物生长不利的毒性物质。因此，采用一般的生物处理难以达到有效的处理效果，

而高级氧化法在此方面具有较大优势。高级氧化法根据其产生自由基的方式和反

应条件，大致可分Fenton法、O3氧化法、光化学氧化法、电化学氧化法、湿式

氧化法、超临界水氧化法及超声波氧化法等。

1.2高级氧化技术的特点

高级氧化技术在执行的过程中，主要是使用个电、磁、声、光等方面的物理

原理以及化学过程来产生的相应羟基自由基・OH物质。而作为反应过程中所存

在的中间性产物，诱发之后所呈现出的链反应，会直接由于OH物质的存在而和

废污水之中的污染物进行反应，在这一过程中形成对于污染物的快速反应，最大

限度的提升物质的可生化性，所以，高级氧化技术实际上有着较高的使用范围、

反应速率以及氧化执行能力。

2 处理废水的高级氧化技术

2.1超临界水氧化技术（SupercriticalWaterOxidation）

超临界水氧化法（SCWO）是由Modell等于1982年提出的一种污水处理方法，是指在温度与压力在处于水的临界点（374℃，22.1MPa）以上时彻底破坏水中污

染物结构的高级氧化技术。水在临界点以上时，其离子积、介电常数和密度下降，氢键减少，会形成一种具有良好的传递性和高扩散性的非极性介质，能与水中的

有机物和气体以任意比例互溶，形成单一均相的体系。超临界水氧化技术处理效

率高、节约能源、无二次污染，COD和有毒物质的去除率分别可以达到98%和99%

以上。然而高温高压对设备性能要求较高，使得此技术的推广受到一定阻碍，但

随着科技的不断进步，超临界水氧化技术定会得到广泛应用。

2.2湿式氧化技术（WetairOxidation）

湿式氧化技术是在高温（125～320℃）、高压（0.5～10MPa）的条件下采用

纯氧或空气作氧化剂，氧化水中悬浮态和溶解态的有机物、还原态的无机物，使

其反应生成水和二氧化碳的一种处理技术。该技术能够彻底氧化一些难降解的有

机物，降低水中CODCr，还可以提高废水的可生化性能，这也是该技术常与生物

处理相结合的原因。湿式氧化技术具有效率高、氧化速度快、不产生二次污染、

反应彻底的优点。近年来，在应用上引入另一种氧化剂――液态H2O2作，使得

该技术实现了在常温常压下进行的目标，COD和色度的去除率分别达到80%和90%以上，极大的扩大了应用范围。但是湿式氧化技术设备要求高、操作条件比较苛刻、运行费用昂贵，使得该技术的推广受到一定限制。

2.3臭氧氧化技术（OzoneOxidation）

臭氧氧化技术是近几年广泛应用于印染废水处理的一种高级氧化技术。臭氧

既可以具有选择性的直接而缓慢的氧化水中有机物，促使染料发色基团中的不饱

和键断裂，生成无色、质量分子小的醛和有机酸等，以达到降解有机物和脱色的

目的。臭氧氧化技术具有占地少、反应器简单、容易实现自动化控制、不产生二

次污染的优点，并且脱色效率和有机物去除率较高。近期有研究表明，O3与

H2O2结合的复合氧化剂可以提高O3的分解速率，增强处理水平。但是臭氧在水

中的溶解度较小，利用率低，使得其消耗量大，处理成本偏高，不太适用于大流

量废水的处理。

2.4电化学氧化技术（ElectrochemicalOxidation）

电化学氧化技术是在特定的反应器内，在外加电场的作用下，通过阳极反应

生成具有强氧化性的氧化基团来破坏有机物的稳定结构，从而降解水中的污染物。该技术对处理印染废水的COD、BOD、色度具有很好的效果。具有生物毒性的有

机污染物的电化学氧化技术去除的主要对象，去除率可以达到70%以上，利用该

技术特有的电催化功能，能够使有机物选择性地降解到某一阶段。电化学氧化技

术设备简单、易于控制、无污染或少污染，可与光化学氧化、超声波及生物法联

合作用。但是电化学氧化技术消耗电极过多，在反应物浓度较低时电流效率降低、处理时间偏长，故在反应器、电极和电极结构方面有待提高。

2.5 超声波处理技术（UltrasonicOxidation）

超声波是频率高于20kHz的声波，具有一定频率和压强的超声波在声波的负

压相作用下会在水中产生空化气泡，该气泡在形成和破裂的过程（ns～μs）中会

瞬时引起局部升温，产生高温高压的热解反应，并且生成羟基自由基，达到降解

有机物的目的。有研究表明，超声波处理技术可加快母体染料的降解，其降解速

率比同等条件下的光催化氧化技术要高2倍。但是由于印染废水中的有机物结构

相当复杂，而目前超声波技术研究的对象多为单组分模拟体系，对印染废水的处

理想过不很理想。因此，目前单独使用该技术处理废水的研究尚少，主要是将超

声波处理技术与其他技术相结合，经超声波处理后废水的B/C明显提高，更有利

于进行后续处理。

2.6光催化氧化技术（PhotocatalyticOxidation）

光催化氧化技术常用的氧化剂或催化剂为TiO2、SnO2、WO3、ZnS，在足够

的光照条件下产生的能量可以使其发生能级的跃迁，从而产生具有强还原性的光

生电子和强氧化性的空穴，空穴进一步与水反应生成强氧化性的羟基自由基（・