水處理高級(jí)氧化技術(shù)特性研究

丁文杰 吳靜麗 王藝菲 何北京 李運(yùn)林,2*

（1.周口師范學(xué)院，化學(xué)化工學(xué)院 466001 2.周口市環(huán)境污染防治與修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 466001）

1 引言

眾所周知，水是人類(lèi)生命之源，是組成生物體的最重要物質(zhì)成分，人類(lèi)的生產(chǎn)生活時(shí)刻離不開(kāi)水。若水質(zhì)惡化將對(duì)人類(lèi)活動(dòng)造成巨大影響，甚至嚴(yán)重威脅到人類(lèi)的生命，因此我們要不斷地去保護(hù)水環(huán)境，珍惜水資源，有效地利用水資源，并不斷地提高凈化水環(huán)境的技術(shù)水平。隨著人類(lèi)社會(huì)和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們的生活水平和工業(yè)技術(shù)開(kāi)始有了不斷的提高，使得人們生活中和工業(yè)生產(chǎn)中的廢水成分也越來(lái)越復(fù)雜，因此有效地處理污染水體的方法，也成為了人們研究的主要課題。

近年來(lái)，研究人員發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的水處理方法處理的廢水水質(zhì)已經(jīng)很難達(dá)到國(guó)家所允許的標(biāo)準(zhǔn)，傳統(tǒng)的水處理方法處理廢水時(shí)很難徹底地降解各種污染物質(zhì)，水質(zhì)的污染程度也很難降低。為了更好地解決有機(jī)廢水的高濃度難降解的水質(zhì)問(wèn)題，高級(jí)氧化技術(shù)開(kāi)始進(jìn)入到了人們的研究領(lǐng)域中，使得污水高效綠色處理技術(shù)進(jìn)一步得到了快速發(fā)展。現(xiàn)今高級(jí)氧化技術(shù)在水處理中的應(yīng)用也越來(lái)越重要了，因此本文將會(huì)對(duì)高級(jí)氧化技術(shù)進(jìn)行深入的探討。1987年，Glaze等人提出了用羥基自由基(·OH)等來(lái)作為主要強(qiáng)氧化劑的高級(jí)氧化技術(shù)(Advanced Oxidation Process，簡(jiǎn)稱(chēng)AOPs)，這種技術(shù)又被稱(chēng)作深度氧化技術(shù)[1]。AOPs是目前處理高濃度降解難有機(jī)廢水中最具有應(yīng)用前景的方法之一，其主要是通過(guò)光能、電能或外界的添加劑從而產(chǎn)生了一系列的物理和化學(xué)反應(yīng)，生成的羥基自由基可以將較難降解的有機(jī)污染物在較短的時(shí)間內(nèi)氧化為CO2、水和無(wú)機(jī)鹽等物質(zhì)。而傳統(tǒng)的氧化法它的氧化劑是氧氣，并用其參與氧化反應(yīng)，最多見(jiàn)的傳統(tǒng)氧化法有燃燒、氧化還原等方法。傳統(tǒng)氧化法的氧化能力不強(qiáng)且氧化有選擇性，為克服傳統(tǒng)氧化法的不足，高級(jí)氧化技術(shù)開(kāi)始出現(xiàn)在水處理工程中。高級(jí)氧化技術(shù)是在傳統(tǒng)氧化技術(shù)上的一種改革，通過(guò)物理化學(xué)或者化學(xué)的一些方法將污染物進(jìn)行了處理，使水體中的有機(jī)污染物質(zhì)發(fā)生變化，從而轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水，或者還可以使污染物質(zhì)成為小分子物質(zhì)，且其毒性較低和較容易發(fā)生生物降解，從而更加有效的處理了水污染問(wèn)題。該技術(shù)的核心是以生成具有強(qiáng)氧化能力的羥基自由基(·OH)為特點(diǎn)，在外界條件的支持下，有機(jī)污染物可以很容易被氧化成毒性較小或者無(wú)毒性的小分子物質(zhì)。

2 高級(jí)氧化技術(shù)的特點(diǎn)

高級(jí)氧化技術(shù)是以羥基自由基(·OH)作為氧化劑的，且這已經(jīng)成為了其最顯著的特點(diǎn)，羥基自由基還可以與有機(jī)污染物發(fā)生反應(yīng)，最終產(chǎn)物為CO2和H2O，從而達(dá)到有效的處理水污染的目的。與傳統(tǒng)氧化法不同的是，高級(jí)氧化技術(shù)具有以下幾種特點(diǎn)。

2.1 氧化能力強(qiáng)

對(duì)有機(jī)物具有超強(qiáng)的氧化性，羥基自由基可以不斷的產(chǎn)生電子，且具備超強(qiáng)氧化能力，成為目前氧化能力最強(qiáng)的氧化劑存在于自然界中。在反應(yīng)過(guò)程中，自由基生成之后，可以和更多的有機(jī)污染物發(fā)生反應(yīng)，將有機(jī)物氧化成二氧化碳和水等無(wú)機(jī)物[2]。研究發(fā)現(xiàn)，高級(jí)氧化法在水處理中的氧化能力比一般氧化劑強(qiáng)許多[3]。

2.2 反應(yīng)速度快，選擇性小

用羥基自由基來(lái)處理含有害物質(zhì)的廢水時(shí)，羥基自由基將會(huì)與這些物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，從而達(dá)到有效處理廢水的目的。而其它氧化性物質(zhì)臭氧等與這些有害物質(zhì)接觸時(shí)，其反應(yīng)速率相差甚大，這間接說(shuō)明了臭氧對(duì)這些物質(zhì)的氧化速度也相差較大。例如，臭氧對(duì)林丹和涕滅威的影響是最大的，在同等反應(yīng)條件下，臭氧對(duì)林丹的反應(yīng)速率常數(shù)要比對(duì)涕滅威的反應(yīng)速率常數(shù)低出許多。如果用臭氧同時(shí)處理含有這兩種有害化學(xué)物質(zhì)的廢水，那么臭氧將會(huì)與反應(yīng)速率常數(shù)高的物質(zhì)先發(fā)生反應(yīng)，因?yàn)椴荒芡瑫r(shí)發(fā)生反應(yīng)，所以另一種物質(zhì)將不能達(dá)到處理目的。因此，利用羥基自由基的高級(jí)氧化技術(shù)具有反應(yīng)速度快，選擇性小的特點(diǎn)。

2.3 有效減少THMs生成量

當(dāng)對(duì)含有有機(jī)物的水體進(jìn)行氯消毒的時(shí)，這個(gè)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生三鹵代甲烷類(lèi)的副產(chǎn)物(THMs)，這種產(chǎn)物具有致命危險(xiǎn)，可以產(chǎn)生致癌和致畸物質(zhì)，因此在水處理過(guò)程中，要盡量的減少THMs的生成。而被認(rèn)為在天然水體中鹵素的主要吸收者為腐殖酸和棕黃酸，它們?cè)诼认镜倪^(guò)程中會(huì)影響到THMs副產(chǎn)物的生成[4]。高級(jí)氧化技術(shù)不僅可以有效地減少THMs的生成，而且還能使其他物質(zhì)氧化生成CO2和H2O等。當(dāng)水體中存在THMs物質(zhì)時(shí)，高級(jí)氧化技術(shù)也可以將這些物質(zhì)部分去除，還可以有效地減少溴代有機(jī)化合物的產(chǎn)生[5,6]。

雖然一般的氧化劑也可以把一些的大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化成為小分子有機(jī)物，來(lái)減少部分的THMs產(chǎn)生的可能性，但是普通的化學(xué)氧化劑都很難達(dá)到完全消除THMs目的。如果水中含有溴化物時(shí)，臭氧在處理含棕黃酸的水時(shí)將會(huì)導(dǎo)致嗅代有機(jī)化合物的生成。高級(jí)氧化技術(shù)不僅可以有效的使THMs減少，而且還能使其他物質(zhì)氧化生成CO2和H2O等無(wú)污染物質(zhì)。當(dāng)水中存在THMs物質(zhì)時(shí)，高級(jí)氧化技術(shù)也可以將這些物質(zhì)部分消除，還可以有效地減少生成溴代有機(jī)化合物。

2.4 處理效率高

由于經(jīng)典氧化法的氧化能力比高級(jí)氧化技術(shù)的氧化能力弱，或者由于其它某種原因，導(dǎo)致了經(jīng)典氧化法不能同高級(jí)氧化技術(shù)一樣達(dá)到徹底去除有機(jī)污染物和降低TOC和COD的目的。由于高級(jí)氧化技術(shù)在氧化過(guò)程中含有羥基自由基，而羥基自由基也能與這些氧化產(chǎn)物氧化生成二氧化碳和水，因此高級(jí)氧化法能夠有效地處理水體中的各種有機(jī)雜質(zhì)。高級(jí)氧化法在實(shí)際生活中的應(yīng)用非常廣泛，處理對(duì)象也很多。比如，在使用O3/超聲波時(shí)，處理人工合成的棕黃酸溶液的同時(shí)TOC的去除率達(dá)到了90%以上。

3 結(jié)論與展望

高級(jí)氧化技術(shù)能有效去除或降解水體中的有毒有害污染物，作為生化處理的預(yù)處理技術(shù)，還能降低污（廢）水處理成本。高級(jí)氧化技術(shù)的產(chǎn)生，不僅保護(hù)了水環(huán)境，而且解決了水體污染造成的各種環(huán)境問(wèn)題，可以作為水處理的一種新技術(shù)。高級(jí)氧化技術(shù)使用過(guò)程中無(wú)選擇性，可以高效地去除各種有機(jī)污染物質(zhì)，可以將其徹底轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)，是一種綠色高效的水處理技術(shù)。

高級(jí)氧化技術(shù)在實(shí)際生活中應(yīng)用廣泛，大多應(yīng)用于水處理方面。每種高級(jí)氧化技術(shù)的發(fā)展方向都不同。隨著污染的加重，當(dāng)經(jīng)典氧化法不再可以有效的處理廢水時(shí)，高級(jí)氧化技術(shù)出現(xiàn)在人們的視野中，此后高級(jí)氧化技術(shù)便不斷的發(fā)展，更加有效的處理了水中的污染物，但高級(jí)氧化技術(shù)的價(jià)格較昂貴，許多地方很難能夠使用這種技術(shù)，我國(guó)還在進(jìn)一步研究，希望以后能用最低的成本使用高級(jí)氧化技術(shù)，并且最有效地處理各種受污染的水體，高級(jí)氧化技術(shù)在未來(lái)水處理領(lǐng)域中的發(fā)展前景會(huì)更加廣闊。