化學(xué)法處理氯代有機(jī)物的應(yīng)用研究

摘 要：液氯消毒是給水的重要工藝，其消毒副產(chǎn)物中產(chǎn)生具有“三致”作用的氯代有機(jī)物。氯代有機(jī)物難降解、環(huán)境危害性大。處理方法有化學(xué)氧化法和化學(xué)還原法，化學(xué)氧化法包括焚燒、濕式氧化、臭氧氧化、Fenton試劑法和光催化氧化法等；化學(xué)還原法包括一般還原劑、金屬單質(zhì)還原劑以及雙金屬催化還原法等。不同的化學(xué)法在處理氯代有機(jī)物降解和應(yīng)用方面，具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：氯代有機(jī)物；化學(xué)氧化；化學(xué)還原

1 化學(xué)氧化法

化學(xué)氧化法是去除廢水中污染物質(zhì)的有效方法之一。其目的是將污染物氧化成為無(wú)害的終端產(chǎn)物或較易生物降解的中間產(chǎn)物。化學(xué)氧化法包括焚燒、濕式氧化、臭氧氧化、Fenton試劑法和光催化氧化法等。

1.1 焚燒法

焚燒法是將含高濃度有機(jī)物的廢水、廢渣等在高溫下進(jìn)行氧化分解，使有機(jī)物轉(zhuǎn)化為無(wú)害的無(wú)機(jī)物的過(guò)程。是在高溫條件下利用空氣深度氧化處理有機(jī)物的有效方法之一。特別是對(duì)于化工、制藥等有機(jī)廢液，這些廢液中往往含有有機(jī)物濃度較高，成分復(fù)雜，難及進(jìn)行生化處理，利用焚燒法進(jìn)行處理尤為適合。環(huán)境中的有機(jī)化合物，均可能在污泥中被發(fā)現(xiàn)，污泥在干燥和焚燒過(guò)程中都會(huì)排放出大量的污染氣體，利用水泥回轉(zhuǎn)窯中焚燒污泥，有機(jī)成分燃燒釋放熱量， 無(wú)機(jī)成分則可進(jìn)入到熟料中。

1.2 濕式氧化法

濕式氧化法是在催化劑作用下，在高溫、高壓條件下用氧氣或空氣直接將污水中的有機(jī)物以及含N、S等毒物氧化分解成CO2、H2O及N2等無(wú)害物以達(dá)到凈化的目的。與常規(guī)方法相比，具有適用范圍廣，處理效率高，極少有二次污染，氧化速率快，可回收能量及有用物料等特點(diǎn)。濕式催化氧化法主要應(yīng)用于高濃度難降解有機(jī)廢水、氨氮廢水生化處理的預(yù)處理及有毒有害工業(yè)廢水。

濕式催化氧化法的催化劑包括均相催化劑和非均相催化劑兩種。均相催化劑是以分子或離子水平獨(dú)立起作用的，以過(guò)渡金屬Cu、Fe、Ni、C、Mn等為代表的均相催化劑效果較好。但在廢水處理過(guò)程中將造成用于催化劑的金屬溶于水而流失，會(huì)造成排放的二次污染。

1.3 臭氧氧化法

臭氧氧化法是用臭氧作氧化劑對(duì)廢水進(jìn)行凈化和消毒處理的方法。臭氧具有很強(qiáng)的氧化能力，因此在環(huán)境保護(hù)和化工等方面被廣泛應(yīng)用。由于臭氧的氧化作用，使廢水中有機(jī)物的不飽和基團(tuán)被破壞，復(fù)雜有機(jī)物轉(zhuǎn)化為小分子化合物。經(jīng)過(guò)處理后廢水的BOD5/COD比顯著提高，生化性得到明顯提高，有利于后續(xù)生物處理。

臭氧氧化法的主要優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)迅速，流程簡(jiǎn)單，沒(méi)有二次污染問(wèn)題。目前生產(chǎn)臭氧的電耗仍然較高，每公斤臭氧約耗電20～35度，需要繼續(xù)改進(jìn)生產(chǎn)，降低電耗，提高臭氧的利用率。

1.4 Fenton試劑法

Fenton試劑是由H2O2和Fe2+混合得到的一種強(qiáng)氧化劑，是由化學(xué)家Fenton在1894年首次發(fā)現(xiàn)，并把這種體系稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)Fenton試劑。由于其能產(chǎn)生氧化能力很強(qiáng)的羥基自由基，在處理難生物降解或一般化學(xué)氧化難以湊效的有機(jī)廢水時(shí)，具有反應(yīng)迅速、溫度和壓力等反應(yīng)條件緩和、操作方便、高效且無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)，在處理有毒有害難生物降解有機(jī)廢水中極具應(yīng)用潛力。

Fenton試劑處理有機(jī)物的實(shí)質(zhì)就是羥基自由基與有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)。對(duì)于處理高濃度有機(jī)廢水，所需的雙氧水量大，且雙氧水與有機(jī)物的反應(yīng)劇烈，會(huì)產(chǎn)生大量的熱。需緩慢加入雙氧水，避免由于溫度過(guò)高而造成雙氧水的快速分解，降低雙氧水氧化效率，甚至造成廢水噴出。

通過(guò)Fenton試劑先將廢水進(jìn)行高級(jí)氧化處理，有毒性物質(zhì)礦化為小分子物質(zhì)，然后再通過(guò)好氧生物處理Fenton氧化后的廢水，能提高廢水處理效率，拓展廢水厭氧處理的應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)厭氧工藝在廢水處理中的推廣和應(yīng)用起到積極作用。

1.5 光催化氧化法

光催化反應(yīng)，就是在光的作用下進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)。光化學(xué)反應(yīng)需要分子吸收特定波長(zhǎng)的電磁輻射，受激產(chǎn)生分子激發(fā)態(tài)，然后會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成新的物質(zhì)，或者變成引發(fā)熱反應(yīng)的中間化學(xué)產(chǎn)物。光化學(xué)反應(yīng)的活化能來(lái)源于光子的能量，在太陽(yáng)能的利用中光電轉(zhuǎn)化以及光化學(xué)轉(zhuǎn)化一直是十分活躍的研究領(lǐng)域。

光催化氧化法消除和降解污染物是近年來(lái)環(huán)境保護(hù)技術(shù)中的一個(gè)研究熱點(diǎn)，其中又以TiO2光催化氧化研究為最多。其原理是催化劑受光照射，吸收光能，發(fā)生電子躍遷，生成電子-空穴對(duì)，對(duì)吸附于表面的污染物直接進(jìn)行氧化還原，或氧化表面吸附的羥基（-OH）生成強(qiáng)氧化性的羥基自由基（·OH）將污染物氧化。由于運(yùn)行成本高、催化劑的效率不高、目前仍停留在實(shí)驗(yàn)室水平，實(shí)際應(yīng)用很少。

2 化學(xué)還原法

化學(xué)還原法包括一般還原劑、金屬單質(zhì)還原劑以及雙金屬催化還原法等。化學(xué)還原法處理是通過(guò)一些還原性物質(zhì)使氯代有機(jī)物脫氯，轉(zhuǎn)化為無(wú)害或危害性較小，易于被生物降解、氧化處理的物質(zhì)。化學(xué)還原法脫氯最早用于有機(jī)合成中以氯代烴為原料，制備有機(jī)物，以后在有電子給予體的條件下進(jìn)行加氫脫氯，被環(huán)保工作者用于治理氯代有機(jī)物。

2.1 一般還原劑法

常見(jiàn)的還原劑有醇類(lèi)、酚類(lèi)、醛類(lèi)、有機(jī)胺類(lèi)、烯烴及含雙鍵的化合物以及草酸、檸檬酸、維生素C等化合物，這些化合物中都由于含有不飽和鍵，而具有還原能力。在電容器中多氯聯(lián)苯脫氯研究中，在10%鈀/碳存在時(shí)，以甲酸銨為氫供體的多氯聯(lián)苯脫氯，在中性介質(zhì)、低溫、常壓下多氯聯(lián)苯脫氯效率達(dá)98～100%。

2.2 金屬單質(zhì)還原劑法

零價(jià)金屬作為一種有效脫氯的還原劑開(kāi)始受到人們的關(guān)注，始于20世紀(jì)80年代末，這為氯代有機(jī)物的處理提供了一條新的途徑。其中零價(jià)鐵由于其廉價(jià)無(wú)毒等優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用。在零價(jià)鐵參與的氯代有機(jī)物還原反應(yīng)中，主要發(fā)生的反應(yīng)為氯代有機(jī)物在金屬表面直接得電子的反應(yīng)。由于納米鐵顆粒具有巨大的比表面積，具有很強(qiáng)的吸附性能。因此，納米鐵參與的反應(yīng)體系，還有部分有機(jī)物被吸附。目前，該技術(shù)也存在著一些問(wèn)題：如金屬鐵對(duì)某些氯代有機(jī)物反應(yīng)性較低，降解不完全，生成含氯產(chǎn)物，有的毒性較大；隨著反應(yīng)時(shí)間的進(jìn)行，金屬鐵表面惰性層或金屬氫氧化物的形成，使得鐵的反應(yīng)性降低。

2.3 雙金屬催化還原法

單一的零價(jià)金屬能夠?qū)β却袡C(jī)物物進(jìn)行還原脫氯，但效率往往不高，在其他金屬的共同作用下，零價(jià)金屬對(duì)氯代有機(jī)物的還原脫氯效率會(huì)大大提高，從而達(dá)到降低氯代有機(jī)物的毒性、增加可生化性的目的。零價(jià)鐵來(lái)源豐富，價(jià)格便宜，也是雙金屬中研究最多的雙金屬。微米級(jí)鐵粉對(duì)六氯苯幾乎無(wú)還原脫氯效果，添加Ag、Pb和Cu制作成的Ag/Fe、Pb/Fe和Cu/Fe雙金屬體系，對(duì)六氯苯均具有良好的催化脫氯能力，同時(shí)，由于催化金屬均勻附著在零價(jià)鐵表面可以形成更多的微型原電池，雙金屬投加量的增加能直接可有效提高六氯苯脫氯速率。

3 結(jié)束語(yǔ)

在我國(guó)，氯代有機(jī)物的污染較為嚴(yán)重，其降解一直都是學(xué)者們研究的熱門(mén)課題。利用化學(xué)法處理氯代有機(jī)物目前存在的主要問(wèn)題是降解不徹底和處理成本較高，對(duì)氯代有機(jī)物的處理受到了限制。降低氯代有機(jī)物污染的途徑以及降低污染物的污染，依然是需要長(zhǎng)期堅(jiān)持的課題。

參考文獻(xiàn)

[1]吳德禮，王紅武，馬魯銘.Ag/Fe催化還原體系處理水體中氯代烴的研究[J].環(huán)境科學(xué).2006（9）：1802-1807.

[2]王亦農(nóng)，李小勇.化工危險(xiǎn)廢物焚燒技術(shù)探討[J].江西教育學(xué)院學(xué)報(bào).2011（3）：20-23.

作者簡(jiǎn)介：劉云興（1960-），男，高級(jí)工程師，主要從事危險(xiǎn)廢物管理技術(shù)工作。