高級氧化技術在污水深度處理中的應用研究

摘要：近年來，由于我國經濟和社會迅猛發展，人們生活水平提高，環境問題的關注度增加。水資源與人類生活緊密相關，提高生活質量需要解決污水問題，這成為當前環境工程的重要任務。在城鄉融合加速過程中，大量水資源遭到污染，對健康用水造成直接影響。要有效解決水體污染，傳統污水處理技術在有機物清除上存在困難，使廢水無法徹底凈化。然而，通過高級氧化法進行污水處理，可以提升處理的效率和效果，從而減少對環境的破壞。

關鍵詞：環境工程" 污水處理" 高級氧化技術" 廢水處理

Exploration of Advanced Oxidation Technology for Sewage Deep Treatment in Environmental Engineering

WANG Shasha

Kangda Environmental Protection Water Co.， Ltd.， Jiaozuo， He’nan Province， 454150 China

Abstract： In recent years， due to the rapid development of China's economy and society， people's living standards have improved， and the attention to environmental issues has increased. Water resources are closely related to human life， improving the quality of life requires solving the problem of sewage， which has become an important task in current environmental engineering. In the process of accelerating urban-rural integration， a large amount of water resources have been polluted， which has a direct impact on healthy water use. It is necessary to effectively address water pollution， traditional sewage treatment techniques face difficulties in removing organic matter， making it difficult to thoroughly purify wastewater. However， using advanced oxidation methods for wastewater treatment can improve treatment efficiency and effectiveness， thereby reducing environmental damage.

Key Words： Environmental engineering; Sewage treatment; Advanced oxidation technology; Waste water treatment

Fenton反應、臭氧處理、濕式氧化用于分解頑固有機物質。其中，濕式和超臨界條件下的氧化要求設備復雜，因此，芬頓反應與臭氧處理成為主流先進方法。這種現代技術通過一系列直接或間接變換生成羥基自由基（·OH），從而完全礦化難以自然分解的大分子有機物。通過高級氧化技術的協助作用，相關技術人員應結合水資源受污染程度，選擇適當的有機物降解技術對工業大規模生產活動中的污水作出必要的凈化，將其中存在的有毒有害物質進行分離和提取，進而獲得預期的污水處理效果。針對目前工業污水處理技術中存在著的一些難題，可以依托有效的氧化技術加以優化，實現水質潔凈的目標。

1 高級氧化技術概述

廢水中包含難以分解的有機物如木質素、纖維素、半纖維素和單糖等，導致環境污染嚴重，是高濃度且不易處理的廢水。目前，常用的污水治理方法包括物理法、理化法和生化法，但這些方法都有局限性，可能引發二次污染，而且成本昂貴，難以達到預期效果。所以，尋找新型有效處理技術成為國內外研究的關注點。高級氧化技術相較于傳統工藝，其優勢在于可以產生高活性的羥基（OH），設備簡單且反應迅速，不會生成剩余污泥及濃縮殘渣，因此在去除廢水中的頑固成分方面越來越受到重視^[1]。

高等氧化工藝大約20年前興起，稱為深氧化方法，用于分解難降解有機物，通過催化和電子轉移促進對有機污染物的氧化。20世紀80年代初期，這種高級氧化工藝（Advanced Oxidation Process，AOPs）被研發成現代生物處理技術。在紙漿造紙行業，國內外廣泛研究高級氧化工藝，而中國在污水排放上居世界前列，因此將此技術應用于該行業廢水管理意義重大。這類技法效率高、優點顯著，可以產生強力活性自由基，其處理效果遠勝傳統方法，操作簡便，不會造成次級污染，有效破壞頑固有機材料，現在很多企業已開始采用這種方案進行廢水處置。在氧化劑、電力、聲波、光照射和催化劑條件下，生成較高的氧化性（2.80 V，略低于2.87 V）。通過 OH與有機物的加成作用、取代反應、電子轉移，以及斷鍵和開環，將廢水中的大型有機分子降解為毒性較低或無毒物質，或直接拆解為CO₂和H₂O。因其快速、高效處理、有害污染物徹底破壞且不造成二次污染，該方法應用廣泛且操作簡便，目前已在制藥業、精細化工和印染行業中使用。這些系統依據自由基產生方式和條件可以分為Fenton法、高溫水氧化法、光伏催化氧化法、大功率聲音氧化法、電流驅動氧化法、新鮮空氣存在下臭氣體交換與潮濕環境中進行潤濕技術等^[2]。

2 高級氧化技術在廢水處理中的應用進展

2.1 光化學氧化

在不確定性極大的條件下，光化學氧化法主要依賴光線作用，使氧化劑產生羥基自由基，有效降解有機污染物。其可以分為光催化氧化和光激發氧化兩種。在實際操作中，廣泛使用的是通過紫外線促進反應的光激發技術，該技術顯著增強氧化劑能力，在過程中生成多種活性物質，這些成分在水中表現出更強的氧化效能。當應用光催化技術時，一般是在待處理液體中添加某種催化劑，通過配合紫外線照射，引起大量羥基自由基生成，這些強大氫鍵斷裂者負責對付那些有機污染破壞者。二氧化鈦被廣泛用于光催化氧化技術。科學家把它與竹子活性炭結合，用微波處理來減輕制藥廢水污染。分析顯示，廢水經過處理后COD去除率和脫色效能提高至91.7%與94.5%。然而，其較高能級帶隙限制了應用，需要深入研究以克服這個問題。雖然光學氧合法具有低溫、費用少的優勢，并且可以配合其他含氧技術，但存在的問題包括太陽能利用效率不佳、高成本生產過程及更強毒性的副產品生成。因此，在實際項目前需要全面而細致地進行調查和研究，以保障其安全有效推廣^[3]。

2.2 臭氧氧化法

臭氧-過氧化氫方法是一種新型高效的氧化處理技術，基于臭氧與雙氧水結合。通過反應產生強烈羥基自由基，迅速分解水中有機污染物。這類高級氧化技術在工業污水和飲用水處理中表現突出。例如：在制藥行業廢液處置中，O₃/H₂O₂方法利用生成的羥基自由基，將難降解物質拆分為更簡單形態，大大降低排放液的污染；在處理來自化工領域多元有機溶劑、染料等復雜元素構成的廢液時，對凈除染料和表面活性劑效果顯著。當用于潔凈飲用水時，可以避免傳統消毒過程副產物的問題，從而提高生活飲用水安全。除了臭氧-過氧化氫技術，臭氧方法還可以與UV光結合，形成臭氧-UVC技術。在紫外線照射下，臭氧分解為羥自由基，提高其氧化能力。該工藝和臭氧-過氫化合物技術的機制相似，但O₃+UVC方案工作速度更快，更適合去除微生物及某些有機廢棄物。例如：在飲水處理中，該組合有效消滅水中病原菌和降解有機雜質，因此更適用高潔凈標準自來水處理系統。然而，應注意UV光穿透性。而在復雜有機組分與難以降解材料情況下，O₃/H₂O₂體系通常效果較佳。在實踐中，可增加過氫化物濃度提高反應速率。

因此技術由于無差別高效特點，被廣泛應用于工業廢液凈化過程。臭氧間接反應生成水中羥基自由基，條件包括金屬催化、紫外線照射、堿性環境。我國研究人員自制負載型二氧化鈦作催化劑，促進臭氧分解腐殖質，提高氧化效果。實驗分析顯示，此處理方式使水處理效率增至28.8%，去除率達85%，應用潛力顯著。

2.3 芬頓氧化法

芬頓技術屬深度氧化處理方式，能夠有效去除難以降解的有機廢水。此方法適合高濃度有機污染物廢水，例如：COD值為2 450 mg/L的垃圾滲漏液，將pH調整至約3后，添加鐵離子和雙氧水，可以顯著減少其中的有機成分。在實踐中，需要精確控制參數比例，以達到最佳效果。調整廢水pH值到約3，有利于增強催化劑活性和產生羥基自由基。添加0.05 mol/L的Fe²⁺，控制過氧化氫用量為Fe²⁺用量3～4倍，以確保足夠羥基自由基產生實現高效氧化反應。這一措施使COD去除率超過80%，證明芬頓法在處理高濃度有機廢水上效能極高，為垃圾滲濾液等難處理污水提供有效方法，并展望其能在環保領域發揮重要角色^[4]。

2.4 電化學氧化技術

電化學氧化技術是一種能夠有效凈化廢水的先進方法，在污水處理中表現突出。它主要通過電極上發生的電解反應生成強力氧化劑，與有機污染物作用，將其轉變為無害物質，從而去除水中的有機成分。例如：制藥行業在生產中產生含難降解、高毒性殘余藥品、代謝產物等復雜有機廢液，對環境造成破壞。使用電化學氧化法時，會生成如羥基自由基等高活性氧化劑，這些試劑迅速與殘余材料反應，將其轉變為安全無毒的二對氫氣和CO₂。這種方法能高效去除污水中的藥品成分，確保處理后污水安全。對于復雜結構和高度化學穩定性的副產物，電化學氧化技術也能夠有效降解，減少環境威脅。在處理紙漿和紡織工業廢水時，電化學氧化裂解顏料分子、降低色度，同時清除廢水中纖維素、木質素及其他有機物質，減輕有機負荷，提高出水質量。此外，在凈化飲用水方面，它們能夠消除液體中有機污染源、去掉三氯甲烷、氯胺等消毒副產品，以及微生物、病原菌及其代謝元素，有效削減飲用流體中的有害因素，以保證水安全。選擇電極材料對確保電化學氧化處理效能至關重要。例如：處置紡織廢水時，使用添加貴金屬或特定元素的活性電極，可以產生高濃度的氧化劑，加速有機成分降解，實現廢水完全脫色。如果采用摻硼金剛石電極，在特定電流密度下，其COD去除率可達53%，適合處理高濃度污染物。使用Pt電極進行最佳狀態下的電芬頓反應，對COD去除率超過70%。

3 高級氧化技術在水處理中的應用分析

3.1廢水處理

在污水處理中，采用物理、化學、生物技術清除廢水污染元素，實現凈化，減輕環境壓力。此過程對保護資源和維持生態平衡至關重要。通過篩選、沉淀、離心分離等方法，去除懸浮固體、不溶性油脂雜質。利用絮凝作用、酸堿中和反應和氧化還原手段，將可溶成分轉為無害或固態，以達到潔凈。此外，通過微生物代謝活動，把有機污染轉變為二氧化碳、水等穩定產物。隨著環保標準提升與技術進步，新型治理方式不斷涌現并取得發展^[5]。

3.2水資源回收

水資源回收在管理與保護水質中顯得尤為重要，運用技術手段讓原本可能丟棄的水重新使用。這一過程對于緩解缺水和減少環境壓力產生關鍵影響。水資源回收包括多個方面：處理后用于非飲用目的，如衛生設施沖洗、灌溉屋頂或地面雨水，自來水依賴降低；達到一定標準，可以應用于農業灌溉、城市綠化、道路清掃等，經處理生活污廢減輕能源消耗并削減環境污染；沿海地區采用淡化技術去除海洋鹽分轉換為適合農業與城鎮的新鮮液體。科技進步推動成本下降，使淡化應用領域拓展。

3.3污染土壤修復

多種技術修復污染泥土，涵蓋物理、化學、生物方法。科學制訂解決不同污染問題的方案，減少清除有害成分并達到無害穩定狀態。物理處理用蒸汽萃取、固體穩定處理及熱能處理隔離或減弱毒性元素和環境風險。化學治理借助洗滌法與氧化法將污染元素轉換非毒形態。植物微生菌代謝活動吸收分解轉換危險成份的生物療法促進生態恢復^[6]。

4 結語

科技發展推動了先進氧化技術的出現，這一技術被廣泛應用于廢水和工業污水處理，其特點是科學、高效、便利。該技術可制訂工業廢水凈化計劃，為環保部門提供優質數據支持。這種技術通過分解污水中的有害物，與傳統處理方法結合，顯著提高了污水凈化效率。

參考文獻

[1]黃偵玉，魏志永，張美靈，等.工業廢水膜濃縮液的高級氧化技術綜述[J].廣東化工，2023，50（14）：126-128.

[2]陳東旭.基于水處理的高級氧化技術綜述[J]．中國資源綜合利用，2023，41（3）：119-121.

[3]趙軍勝，潘吳，潘俊鷗，等．基于·OH 的高級氧化技術及其組合技術的研究進展[J].石油和化工設備，2021，24（8）：12-14．

[4]朱松梅.高級氧化技術在水處理中的研究進展[J].資源節約與環保，2023（1）：67-70.

[5]張歡，劉永代.高級氧化深度處理技術在水處理中的應用研究[J].資源節約與環保，2020（5）：102-103.

[6]肖鵬飛，路曉巖，王凱，等.過碳酸鹽高級氧化技術在水處理中的研究進展[J].精細化工，2024，41（2）：277-291.