高級氧化技術在水處理中的應用與研究進展

摘 要：在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，會產(chǎn)生大量的高濃度、高毒性的工業(yè)廢水。氧化技術在水處理中具有適用范圍廣、反應速率快、轉化效率高等特點，己成為目前水處理領域的研究熱點。本文主要闡述了幾種高級氧化技術的反應原理及在水處理領域中的研究現(xiàn)狀，并探討了不同高級氧化技術在應用過程中存在的問題及今后的研究方向。

關鍵詞：氧化技術；水處理；應用；研究

隨著我國工業(yè)化及社會化進程的快速穩(wěn)步發(fā)展，工業(yè)及生活廢水的有機成分變的愈來愈復雜，水質呈現(xiàn)出難降解、高濃度和高毒性的特點。針對于此種污水水質特性，傳統(tǒng)的生化處理方法己經(jīng)很難使水質達到相應指標。高級氧化技術是對傳統(tǒng)水處理技術中的經(jīng)典化學氧化法的改革，主要指通過化學或者物理化學的方法，使水中的污染物直接礦化為二氧化碳和水以及其他無機物，或者將污染物轉化為低毒、易生物降解的小分子物質。本文就當前常見的幾種高級氧化技術及其應用進行了簡單介紹，希望對高級氧化技術的進一步發(fā)展有一定的推動作用。

一、電化學氧化法

電化學氧化法是在外加電場作用下，在電化學反應器內(nèi)經(jīng)過一系列物理、化學及電化學反應降解污染物的過程，按氧化機理可分直接氧化和間接氧化。利用電化學反應器中的高電勢直接降解污染物的過程為直接氧化。在此過程中，有機物直接與電極進行電子傳遞。將電化學反應產(chǎn)生的氧化還原物質作為反應劑或催化劑，使污染物分解的過程為間接氧化。電化學氧化法早在20世紀40年代已應用于污水處理領域，但因當時電力不足、成本高，導致該技術發(fā)展緩慢。到20世紀60年代，隨著電力工業(yè)的發(fā)展，電化學氧化法再次引起重視。近年來，電化學氧化法已在垃圾滲濾液、印染廢水及煉油廢水等生物難降解污染物處理領域得到廣泛重視。

在電化學氧化技術的研究過程中，為提高該技術的氧化能力，解決電流效率低、電耗高等問題，眾多學者在電催化陽極研制及電極結構的改進上作了大量努力。常用的電極材料主要有金屬導體、鐵氧體等，而活性炭因良好的電化學性質而備受關注。在電極結構上，研究出了二維、三維電極，三維電極是在二維電極之間添加粒狀或其它形狀電極材料，加大電極面積，提高電流效率的一種方式。

電化學氧化法雖具有氧化能力強、無二次污染、可控性強及環(huán)境兼容性好等優(yōu)點，但電流效率仍較低、電耗較大、污水處理費用高，因此，為使該技術在污水處理領域得以推廣應用，還需進行許多基礎研究與應用研究。

二、光催化氧化技術

光催化氧化技術的研究開始于1972年，研究人員在TiO2電極上發(fā)現(xiàn)了光催化裂解水反應。當前對于該項技術研究最廣泛的的就是半導體光催化劑——二氧化鈦。該技術的原理主要是半導體能帶中填滿電子的低能價帶與空的高能導帶之間存在一個禁帶，當催化劑受到紫外線照射的時候，光催化劑表面就會產(chǎn)生電子-空穴對，當存在適當?shù)姆@劑或者表面缺陷時，電子-空穴的復合就會受到抑制，從而在光催化劑表面發(fā)生氧化還原反應。光催化氧化技術在染料、農(nóng)藥以及其他難降解污染廢水的處理中應用最多。但是該方法存在光能利用率低，電子-空穴復合率高等缺點，因此其在實際應用中受到了很大的限制。

三、超聲波氧化法

超聲波指頻率高于20kHz具有方向性的聲波。它由疏密相間的縱波構成，具有穿透力強、易于獲得集中聲能、在水中傳播距離遠等特點。超聲波降解污染物的機制主要是“聲空化”。當頻率為15kHz-10MHz的超聲波作用于液體時，液體中產(chǎn)生大量氣泡，即“聲空化泡”。“聲空化泡”在超聲波作用下被激化，以致崩潰?！奥暱栈荨北罎⒌乃查g在周圍極小范圍內(nèi)形成高溫（（1900-5200K）、高壓（50-100MPa）的極端環(huán)境，即“熱點”。在此環(huán)境中泡內(nèi)水、空氣和水中溶解氧發(fā)生裂解，生成大量強氧化性自由基。自由基與水中污染物進行氧化反應，從而達到分解目的。

四、超臨界水氧化法（SCWO）

SCWO是于20世紀80年代首次提出的。水的臨界溫度是374.3℃，臨界壓力是22.O5MPa，在此溫度和壓力之上，便是超臨界區(qū)。SCWO是將污染物放入具有超強氧化能力的超臨界水中，作為反應介質，利用O2或H2O2將目標污染物進行氧化分解的過程。SCWO處理廢水時反應速度快、處理效率高、設備體積小且不產(chǎn)生二次污染，且當有機物含量超過1%-3%時，可以依靠反應過程中自身氧化放熱來維持反應所需的溫度，是一種綠色水處理技術。因此，SCWO在醫(yī)藥、印染、造紙等廢水處理中得到了廣泛的應用。

在實際應用中SCWO也存在著一些問題，如反應的條件苛刻，需要在高溫高壓條件下進行，運行的費用高、設備易腐蝕。為解決這些難題將催化劑引入到SCWO中，稱為超催化臨界水氧化法。催化劑可以加快反應速度，提高反應效率，在相同處理效果下，溫度和壓力可以降低，從而降低對設備的要求。

五、其他高級氧化技術

近些年，有許多學者將目光轉向物理場，因此將物理場應用在污染物的處理上成為環(huán)境工程領域的一個新研究熱點。該類技術有超聲氧化法、高壓脈沖等離子體液放電法等。其中超聲氧化法對含油鹵化合物的脫鹵、氧化效果十分顯著。超聲氧化法與芬頓法、臭氧法聯(lián)用，具有更好的氧化效果，因此超聲與其他氧化法的組合是當前研究的熱點課題。高壓脈沖放電等離子體技術也是一項新型的高級氧化技術，主要是利用放電產(chǎn)生的低溫等離子體對有機污染物的氧化作用，以及伴隨放電時產(chǎn)生的高溫、高壓、紫外光、超聲波等綜合效應對污染物的降解作用。由于該技術具有高效、無二次污染的優(yōu)勢，因此具有非常廣闊的開發(fā)前景。

高級氧化技術具有反應速率快、適用范圍廣、處理效率高等優(yōu)點，己成為目前水處理領域研究的熱點。隨著科技的進步與發(fā)展，相信會有更多的高級氧化技術在水處理中得到實際應用，同時也會為我國的水環(huán)境污染治理提供更多的途徑。

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