淺談高級氧化技術在水處理中的應用

鮑紅貞

摘 要：高級氧化技術（AOPs）在水處理方面具有很好的效果，在此主要介紹光化學氧化法、臭氧氧化法、電化學氧化法和Fenton氧化法在水處理領域的應用，并對其作用機理進行分析。嘗試對比各自氧化法的優勢與缺陷，為高級氧化技術在水處理領域的應用提供更多理論依據。

關鍵詞：高級氧化技術；水處理；羥基自由基

近年來，隨著經濟的飛速發展和世界人口的不斷增加，水污染現象越來越嚴重，許多國家都面臨水資源短缺、水污染嚴重等問題。我國是世界上嚴重缺水的國家之一，水資源總量約為28000億m3，位居世界第六，人均水資源總量約為2400 m3，僅位列世界121位，是世界人均水平的1/4[1]。在此情況下，水處理方法的使用起到至關重要的作用。高級氧化技術（AOPs）目前已廣泛應用于水處理領域，不僅在飲用水處理方面有很好的消毒效果，在污廢水處理方面也能發揮很好的作用。

1 高級氧化技術介紹

1.1 光化學氧化法

光化學氧化法具有氧化能力強、反應條件溫和等特點，目前已廣泛應用于水處理領域。光化學氧化法主要包括光激發氧化法（如UV/H2O2）和光催化氧化法（如UV/TIO2）。

UV/H2O2法原理主要是利用H2O2作為氧化劑，將H2O2的氧化作用和UV光化學輻射相結合生成強氧化性的·OH，·OH能快速地與有機物反應并將其降解，從而達到處理難降解有機物的目的[2]。UV/H2O2法能降解有機廢水中的TOC，可與此同時也會產生一定的消毒副產物（DBPS），因此，UV/H2O2法的使用引來國內外許多學者不同的意見。Dotson等人[3]研究發現，經UV/H2O2處理時THMsFP會有所增加，單獨紫外光能量為1000mJ/cm2處理時，中低壓紫外燈下THMs 的增量分別為4mg/mgC和13 mg/mgC；如果UV與/H2O2聯用，THMs生成勢的增量分別為25 mg/mgC（5 mg/L）和37 mg/mgC（10mg/L）。結果顯示經過兩種方法處理，HAAsFP 都沒有發生明顯的變化。但Toor等人[4]的研究卻發現UV/H2O2對DBPsFP的控制效果在紫外光強度大于1000mJ/cm2、且H2O2的初始濃度大于23mg/L時UV/H2O2能夠明顯降低THMsFP 和HAAsFP。

光催化氧化具有比光化學氧化更強的氧化能力。其使用的催化劑主要有TIO2、ZNO、WO3、CDS和ZNS等。TIO2因具有高化學穩定性、強催化活性、耐光腐蝕、廉價無毒等優點，所以目前一般使用TIO2作為催化劑。Murray等人[5]的研究則認為，將TiO2溶膠涂在基質上對DOC 和UV254去除效率為89%，對DBPFP 控制效果也很好，相比懸浮催化劑，固定態催化劑可以避免增加過濾步驟以再生催化劑的劣勢，可通過紫外光照射能使催化劑在原地得到再生。孫廣垠[6]等在最佳實驗條件下，采用TIO2粉末光催化氧化法對印染廢水進行深度處理，色度和COD的去除率分別達到89%和76.8%。UV/TIO2法不僅在處理染料廢水方面被廣泛使用，在垃圾滲濾液處理方面也有很好的應用。趙珊等人[7]利用光催化電解聯用技術對垃圾滲透液進行處理，結果表明，對COD、TOC、氨氮的處理效果分別達到74%、41%、94%，實現了將有機物成功轉化為分子較小的酸。

1.2 臭氧氧化法

臭氧是一種強氧化劑，能夠與有機物快速反應，并且無二次污染。對降解水中有機物、COD、除臭、消毒等具有很好的效果。但臭氧成本高，且對某些鹵代烴及農藥等氧化效果比較差，所以出現了許多臭氧連用組合技術，如UV/O3、H2O2/O3、UV/H2O2/O3等臭氧連用技術，大大提高了臭氧的使用效率。

石楓華等[8]對比研究發現，通過O3/H2O2與O3/MN工藝均可提高不易被單獨臭氧氧化的硝基苯的去除效果。HAYASHI等[9]的研究表明，UV/O3體系對有機物的氧化能力比單獨使用 O3時增強了10倍以上，UV/O3體系中加入H2O2可增加·OH 濃度，進一步提高處理效率。

臭氧氧化技術不僅在廢水中能發揮很大的作用，在飲用水處理方面也有很好的發展。吳悅等[10]發現，臭氧處理含溴飲用水時，會存在直接作用與間接作用，促進溴酸鹽的形成。并且水中含有的不同離子在臭氧氧化作用時，也會對溴酸鹽的形成產生不同的影響。

臭氧氧化法雖然氧化效果很好，但其產率低、成本高，臭氧的制備方式有待提升，從而使得臭氧氧化得到更全面的應用。

1.3 電化學氧化法

電化學氧化主要依靠水分子在陽極表面放電產生的·OH與有機物發生作用，將有機物質降解去除。電化學氧化分為間接氧化與直接氧化作用。直接氧化依靠的是·OH，間接氧化依靠的時溶液中的其他物質，如HOCL/CLO等氧化劑。電化學技術具有環境友好、無二次污染、不需額外添加物質等優點，近幾年來被國內外學者關注。

BERGMANN等[11]研究發現，電化學處理含氯水時，水中會產生氯酸鹽甚至高氯酸鹽，給飲用水安全帶來一定的隱患。電化學氧化法的作用效率主要取決于電極的材質，Comninellis C.[12]根據產生的·OH形態不同將電極分為活性電極（TiO2、Pt等）與非活性電極（BDD）兩大類，Pt電極表面存在化學吸附態·OH，而BDD電極表面則存在物理吸附態的·OH。姜俐峰[13]在研究不同陽極電解含溴飲用水時發現，陽極材質的不同，對水中溴酸鹽生成的影響也不同。BDD電極對溴酸鹽生成的促進作用最為明顯。

1.4 Fenton氧化法

Fenton法是屬于深度氧化法，主要利用H2O2和Fe之間的鏈反應催化生成·OH，具有強氧化性的·OH，能氧化大多有機化合物，并將其降解去除，從而達到去除污染物的目的。Fenton法主要應用于廢水處理，如垃圾滲濾液等，在飲用水處理方面很少使用。pH、H2O2和FE投加量是影響Fenton法處理垃圾滲濾液效果的主要影響因素。

鄭懷禮等[14]根據日光輻射強度隨時間的變化規律，，選擇光強最大時間區域進行試驗，在Fe2+/H2O2為1/95，Fe2+濃度為5.00 mmol/L，H2O2濃度為5.70×102 mmol/L，pH值為2.5的條件下，結果發現，光助Fenton技術對垃圾滲濾液的色度有較好的去除效果。吳彥瑜[15]發現Fenton試劑能在較寬初始pH范圍（2.0～5.0）內有效降解腐殖酸.當反應時間為2h，腐殖酸A400降低值（78.2%～94.5%）比UV254（75.6%～88.4%）高，COD去除率（50.8%～62.5%）比TOC（31.2%～35.1%）高。

2 結論

高級氧化技術是一門新型的、對環境污染小的催化氧化技術，不同的高級氧化技術在不同領域有不同的作用效果，我們應該深入了解各種高級氧化技術，使其在水領域發揮更好地作用。

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