高級氧化技術在水處理中的研究與應用

張艷霞 謝紅光 郭文珂

( 河南省開封市供水總公司 水質監測站，河南 開封 475001)

1 高級氧化工藝簡介

高級氧化工藝的特點

①反應過程中產生大量活潑的羥基自由基(·OH)，其氧化能力(2.80V)非常高。②·OH 對污染物的選擇性低，可直接與污染物反應或與中間產物反應。③AOP 是一種物理—化學處理過程，反應容易控制。④該工藝既可單獨處理，又可與其他處理工藝聯合處理污水。

2 幾種高級氧化技術

2.1 Fenton 法與類Fenton 法

1894年，法國科學家Fenton H J 發現，酸性水溶液中Fe2+和H2O2共存時，可以有效地將酒石酸氧化。因此將Fe2+/H2O2組合體系命名為Fenton 試劑，該方法稱為Fenton 法。Fenton 反應產生·OH 的機理描述如下［1］:

Fe2++H2O2→Fe3++·OH+OH－k=51M－1s－1

·OH 不穩定，當溶液中不含其他反應物時，它可以同Fe2+反應生成更多Fe3+和OH－:Fe2++·OH→Fe3++OH－當溶液中有有機物存在時，·OH 可以從有機物中提取氫原子，形成有機基(R·):·OH+RH→R·+H2O R·+H2O2→R－OH+HO·

Fenton 類氧化技術氧化能力強、操作簡單，既可作為單獨處理技術應用，也可與其他技術聯合使用。但該法處理費用高，H2O2利用率低，過量的Fe2+也會增大處理后污水的COD而產生二次污染。

2.2 臭氧氧化法

臭氧(O3)是一種強氧化劑在水溶液中自發分解成含氧自由基但直接氧化速率低，且選擇性較高。而在堿性體系中OH－的存在會加速O3的分解，產生·OH 加速反應過程［2］。同時降解有機物的機理也得到了深入研究。機理可分為兩種:直接反應(臭氧直接同有機物反應)和間接反應(臭氧分解產生·OH，可與有機物反應)。在水中O3生成·OH 主要有3種途徑:在堿性條件下，在紫外光(O3/UV)作用下以及在金屬催化下［3］。單獨使用臭氧處理廢水存在O3利用率低、氧化能力不足及O3含量低等問題，對某些有機物處理效果不是很好。為此提出了相關組合工藝，具體方法包括O3/催化劑、O3/UV、O3/H2O2、O3/UV/H2O2及O3/超聲波等技術，這些氧化技術可使臭氧在水處理過程中發揮更大的作用，將水中有機物盡可能地氧化降解。

2.3 超臨界水氧化法

(1)應用范圍廣，幾乎對所有有機污染物均可進行氧化分解。

(2)在超臨界水中，氧化劑有機物和水形成均一相，傳質速率快，氧化效率高，反應迅速徹底。

(3)有機物氧化釋放出的反應熱可以維持反應所需的熱量。

(4)反應在密閉容器中進行，不會給環境帶來二次污染。

(5)反應器結構簡單，使用較小體積的反應器就可以處理較大流量的有機污染物。

2.4 濕式氧化法

濕式氧化法是指在高溫(125－ 320℃)、高壓(0.5－10Mpa)下利用氧氣或空氣(或其他氧化劑如O3，H2O2等)氧化水中溶解態、懸浮態的有機物及還原態的無機物，使之生成CO2和H2O 的一種處理方法。

該方法需要耐高溫高壓，耐腐蝕的設備，因此一次性投資較大，這也限制了它的大規模工業化應用。

2.5 超聲降解法

超聲氧化法是利用超聲波輻射溶液，使溶液產生高溫高壓，并生成局部高濃度氧化物·OH 和H2O2，快速降解有機污染物。

單獨超聲氧化技術雖能去除水中有機污染物，但其單獨處理成本高，對TOC 去除不徹底，因此常與其他高級氧化技術聯用。

3 各高級氧化技術的綜合比較

雖然高級氧化技術在去除有機污染物方面比其他技術更好，但各種高級氧化技術之間也存在差異，下面就各種高級氧化技術的優缺點和適用范圍進行比較。

Fenton 氧化法反應條件溫和，設備簡單，費用低，但氧化能力差，出水水質差，適用于工業廢水處理和低濃度少量廢水處理。臭氧氧化法氧化能力高，無二次污染，但設備復雜，產率低，并且有機物降解不徹底。適用于工業，造紙，印染等廢水的處理。超臨界水氧化技術反應速率快，降解率高，但反應條件高，運行成本高。僅適應于高濃度，小流量有毒廢水處理。濕式氧化法適用范圍廣，處理效果好，但反應溫度和壓力高，對設備要求高，僅適應于高濃度小流量工業廢水處理。超聲降解法反應條件溫和，效率高，對設備要求低，但成本高，降解不徹底，目前僅限于實驗室單一組分小水量廢水處理。

4 結語

與傳統廢水處理技術相比較，高級氧化技術具有常規方法無法比擬的優點，如適用范圍廣、反應速率快，污染小等特點。因此成為水處理領域研究的熱點。但目前多種高級氧化技術還未成熟應用到實際處理中，存在處理成本高很難工業化等特點。因此，深入研究、提高處理效率、降低處理成本，并使各種技術聯合使用，使其互補不足成為了今后重要的研究方向。

［1］Pigllatello J J.Dark and Photoassisted Fe2+Cataalyzed degradation of Chlorophenoxy Heerbicides by Hydrogen Peroxide［J］.Environ.Sci.Technology，1992，26(12) :944.

［2］陳德強.高級氧化法處理難降解有機廢水研究進展［J］.環境保護科學，2005，31(132) :20－231 超臨界水氧化

［3］李金英，楊春維.水處理中的高級氧化技術［J］.科技導報，2008，26(16) :88－92.

［4］劉欣.超臨界水氧化法在水處理中的應用［J］.化工文摘，2007(1) :55－58.