高級氧化技術在難降解有機廢水處理中的應用研究進展

摘要：高級氧化技術（Advanced Oxidation Processes，AOPs）在難降解有機廢水處理中取得顯著進展，包括芬頓氧化法、臭氧氧化法、光催化氧化法及電化學氧化法。芬頓氧化法利用Fe2+催化H2O2生成強氧化性的羥基自由基（·OH），有效降解多種有機物，但面臨pH值范圍窄等問題。臭氧氧化法憑借強氧化性，廣泛用于印染廢水處理，但面臨成本高等挑戰。光催化氧化法一般以TiO2為催化劑，結合紫外光生成·OH，污染物降解能力強，應用前景良好。電化學氧化法通過優化電極材料處理復雜廢水，成本低且環境友好。AOPs通過催化劑優化、反應條件精準控制及組合應用，提高廢水處理效率，增加經濟效益，助力環境保護，最終實現可持續發展。

關鍵詞：高級氧化技術（AOPs）；難降解有機廢水；環境效益；經濟效益

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）03-0-03

Research Progress on the application of advanced oxidation Processes in the treatment of refractory organic wastewater

YU Peng， QIN Liguo

（Shandong Academy of Environmental Sciences Co.， Ltd.， Jinan 250000， China）

Abstract： Advanced Oxidation Processes （AOPs） have made significant progress in the treatment of refractory organic wastewater， including Fenton oxidation， ozone oxidation， photocatalytic oxidation， and electrochemical oxidation. The Fenton oxidation method utilizes Fe2+ to catalyze the generation of highly oxidative hydroxyl radicals （·OH） from H2O2， effectively degrading various organic compounds， but faces problems such as a narrow pH range. Ozone oxidation method is widely used for the treatment of printing and dyeing wastewater due to its strong oxidizing properties， but it faces challenges such as high cost. The photocatalytic oxidation method generally uses TiO2 as a catalyst， combined with ultraviolet light to generate ·OH， which has strong pollutant degradation ability and good application prospects. Electrochemical oxidation method is a low-cost and environmentally friendly method for treating complex wastewater by optimizing electrode materials. AOPs improve wastewater treatment efficiency， increase economic benefits， support environmental protection， and ultimately achieve sustainable development through catalyst optimization， precise control of reaction conditions， and combined application.

Keywords： Advanced Oxidation Processes （AOPs）; refractory organic wastewater; environmental benefits; economic benefits

工業廢水往往含有高濃度、難以自然降解的有機污染物，如酚類、多氯聯苯、芳香胺類及石油類，不僅嚴重污染水體與土壤，還會破壞水生態系統的平衡與生物多樣性[1]。作為傳統處理方法，生物法、物理法和化學法各有優勢，但難以完全處理高濃度的難降解有機廢水。生物法受限于微生物的生長速度與適應性，對高毒性廢水的處理效果不佳；物理法則主要側重于污染物的分離與回收，難以從根本上改變其化學性質；化學法則可能伴隨大量污泥產生，增加后續處理負擔。高級氧化技術（Advanced Oxidation Processes，AOPs）成為處理難降解有機廢水的新手段。這一技術的廣泛應用不僅極大地拓寬廢水處理的范疇，使得多種難降解有機廢水得到有效治理，還通過減少后續處理步驟，降低整體處理成本，為環保事業注入新的活力。

1 廢水的來源及危害

難降解有機廢水的產生源廣泛，幾乎覆蓋所有涉及化學加工的工業領域。一是天然氣與石油采集加工行業。在這些行業中，復雜的開采與加工過程離不開多種化學助劑的應用，這些助劑的使用不可避免地導致生產廢水富含結構復雜、難以生物降解的有機物以及無機鹽，對后續處理構成嚴峻挑戰。二是制藥行業。制藥過程涉及多步驟的化學反應及可能的副反應，這些過程復雜且難以精確控制，從而產生高濃度的生物毒性物質及多種有機溶劑殘留廢水。這些廢水成分復雜，處理難度大。三是制革、農藥和印染等行業。行業在生產過程中廣泛使用各類化學原料及助劑，以實現特定的工藝效果。然而，這也導致廢水含有大量有機污染物、重金屬離子及高鹽度物質，使得廢水處理成為一項復雜的任務。四是食品行業，腌制類食品生產也會產生高鹽、高有機物的廢水。難降解有機廢水的危害可概括為4個方面，即環境污染、生態風險、人體健康威脅和資源浪費[2]。難降解有機廢水的來源復雜多樣，其危害深遠且廣泛，為了有效應對這一挑戰，必須加強廢水處理技術的研發與應用，提高廢水處理效率和質量，同時加強政策法規制定和執行力度，推動社會各界共同參與廢水治理。

2 高級氧化技術在難降解有機廢水處理中的應用

2.1 芬頓氧化法

芬頓氧化法作為一種高級氧化技術，其核心在于酸性條件下利用亞鐵離子（Fe2+）催化H2O2分解生成強氧化性的羥基自由基（·OH），這些自由基能夠無選擇性地高效氧化分解絕大多數有機污染物，最終礦化為無害的二氧化碳、水和無機鹽。其反應機制是Fe2+催化H2O2快速生成·OH，Fe3+與H2O2反應再生Fe2+，維持反應持續進行。在現有的應用中，芬頓氧化法展現處理難降解有機廢水的卓越能力。國內外已有廢水處理廠采用芬頓氧化法處理抗腫瘤藥物和染料廢水，取得顯著效果，體現其高效、快速、無選擇性的優點[3]。該方法也存在pH值范圍窄、鐵泥產生量大及H2O2利用率低等缺點。為克服這些局限，國內外的研究者正致力于拓展反應pH值范圍、減少鐵泥產生及提高H2O2利用率等方面的改進，如采用鐵離子絡合劑、非均相催化劑及原位生成H2O2等技術手段。通過這些創新，芬頓氧化法有望進一步提升處理效率和經濟效益，推動其在工業廢水處理領域的廣泛應用。

2.2 臭氧氧化法

臭氧氧化法作為一種高效且環保的廢水處理技術，其核心在于利用臭氧的強氧化性，直接或通過產生·OH間接降解廢水中的難降解有機物。該方法工藝簡單，易于自動化控制，處理效率高，無二次污染，廣泛應用于處理印染、冶金選礦和煤化工等工業廢水[4]。國內印染廢水處理已經通過臭氧催化氧化與生物曝氣濾池耦合工藝，顯著提高化學需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）去除率。在冶金選礦廢水中，臭氧氧化-循環噴淋法則實現高效的COD降解，優于傳統氧化工藝。然而，臭氧氧化法也面臨成本較高、臭氧濃度存在飽和性等問題。為優化其應用，科學家積極探索臭氧氧化技術與其他處理技術的聯合應用，調整操作條件，提高臭氧利用率，并開發新型臭氧生成技術，以降低運行成本。

2.3 光催化氧化法

光催化氧化法作為一種新型廢水處理技術，利用紫外光與n型半導體光催化劑的協同作用，展現出強大的有機物降解能力。TiO2作為光催化氧化技術的明星材料，因其卓越的化學穩定性、高效的催化活性以及環境友好性，在眾多光催化劑中脫穎而出，成為研究與應用最為廣泛的選擇。在紫外光的照射下，TiO2能夠高效吸收光子能量，促使價帶中的電子躍遷至導帶，形成高活性的電子-空穴對[5]。這些電子-空穴對進一步與溶液中的水分子及溶解氧等反應，生成具有極強氧化性的·OH等活性物種，這些活性物種能夠迅速且有效地攻擊廢水中的有機污染物分子，將其逐步氧化成無害的二氧化碳、水及其他無機離子，如NO3-、PO43-等。研究表明，光催化氧化法在降解多種難降解有機廢水方面取得顯著成效，對于農藥廢水、含有復雜有機物的工業廢水等均表現出卓越的降解能力。光催化氧化處理不僅能夠有效去除廢水中的有機污染物，還能顯著提高廢水的可生化性，為后續的生物處理提供有利條件。光催化氧化法具備工藝簡單、能耗低、操作便捷以及無二次污染等優點，在廢水處理領域具有廣闊的應用前景。

2.4 電化學氧化法

電化學氧化法采用精心選擇的電極材料，如硼摻雜金剛石和鈦基涂層電極，不僅具備高催化活性和穩定性，還能有效處理多種難降解有機污染物，實現從紡織染料到石油化工廢水中復雜化合物的深度氧化。通過優化反應條件，如調整電流密度、電解質濃度和pH值，電化學氧化法能夠在保證處理效率的同時，最大限度地降低能耗和副產物生成。電化學氧化法在應用過程中展現出低成本優勢。其無須添加大量化學藥劑，不僅減少后續處理費用，還顯著降低對環境的潛在風險。隨著技術的不斷成熟和規模化應用的推進，電極材料的成本有望進一步降低，從而進一步提升該技術的經濟可行性。該技術能夠高效地將有機污染物降解或礦化為低毒甚至無毒的小分子物質，有效減輕工業廢水對自然環境的污染。

3 AOPs優化與組合應用

AOPs的優化與組合應用中，催化劑的改進與制備是提升處理效率的關鍵。調整催化劑的組成、結構或引入納米材料，能夠顯著提高其活性和穩定性，從而在更溫和的條件下實現高效的氧化反應。精確控制溫度、pH值和反應時間等反應條件也至關重要，這需要通過試驗設計和模型模擬來優化，以實現處理效果與成本的最佳平衡。不同AOPs的聯合使用以及AOPs與其他廢水處理技術的結合也是提高處理效率、降低成本的有效途徑。將臭氧氧化與紫外光催化相結合、芬頓反應與電化學氧化相結合，可以充分利用各自的優勢，彌補單一技術的不足。AOPs作為預處理或深度處理手段，與其他廢水處理技術組合應用，則能夠進一步提升廢水處理效果，實現難降解有機廢水的高效、經濟處理。

4 AOPs的經濟效益與環境效益分析

AOPs在難降解有機廢水處理領域展現出卓越的經濟效益與環境效益，已成為當前環境科學研究與工程應用的焦點。從經濟層面深入分析，盡管AOPs技術的初期投資成本可能較高，但其憑借卓越的處理效能，特別是對難降解有機污染物的有效去除能力，使得長期運營的成本效益得以顯現。隨著技術的不斷優化與規模化應用的推進，成本有望進一步削減，提升整體經濟性。

AOPs技術通過其強大的氧化能力，直接或間接地將廢水中的污染物轉化為無害或低毒的物質，從而顯著改善出水水質，降低對生態環境的潛在風險。AOPs的應用不僅有效減少有毒有害物質的排放量，還促進工業生產過程的綠色轉型，為實現工業可持續發展與環境保護的雙贏奠定堅實基礎。AOPs在促進資源循環利用、減少二次污染以及提高廢水處理設施的整體效能等方面也展現出巨大的潛力，是推動環境友好型社會建設的重要技術手段。

5 結論

高級氧化技術在難降解有機廢水處理中展現出卓越的應用潛力和廣闊的發展前景。芬頓氧化法、臭氧氧化法、光催化氧化法及電化學氧化法等技術手段各有優勢，均能有效降解廢水中的難降解有機物，改善水質。然而，當前技術仍面臨一定挑戰，如成本、效率及環境適應性等問題。未來，可通過催化劑優化、反應條件精準控制及不同AOPs技術的組合應用，進一步提升處理效率與經濟效益。同時，推動AOPs技術的規模化與工業化應用，為環境保護與可持續發展提供有力支持。隨著科技的不斷進步與創新，高級氧化技術有望在難降解有機廢水處理領域發揮更大作用。

參考文獻

1 熊 壯.高級氧化技術處理有機廢水綜述[J].上海染料，2024（3）：23-25.

2 陶強強，王 黎，雷晨陽，等.有機廢水處理工藝CSCWO中多相催化劑研究進展[J].應用化工，2024（3）：712-715.

3 蘇介浦，李 陽.高級氧化技術處理煉化廢水的研究進展[J].現代化工，2023（2）：71-73.

4 敖 韓，何輝超，田 浩，等.高級氧化技術處理難降解有機廢水研究進展[J].云南化工，2022（12）：9-12.

5 王 銳，劉憲華，王 勇，等.Fenton氧化處理難降解有機廢水研究進展[J].工業水處理，2022（5）：58-66.