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摘要：各种各样的新型微污染水源水处理技术也不断地涌现，成为当今给水处理研究领域的热点，高级氧化技术既可作为单独处理工艺，又可与其他处理工艺相结合，有效去除或降解有毒污染物或作为生化处理的预处理。
关键词：高级氧化；给水；废水；处理
1高级氧化技术的特点
高级氧化技术（AdvancedOxidationProcesses，简称AOP）的基础在于运用电、光辐射、催化剂，有时还与氧化剂结合，在反应中产生活性极强的自由基（如·OH），再通过自由基与有机化合物之间的加合、取代、电子转移、断键等，使水体中的大分子难降解有机物氧化降解为低毒或无毒的小分子物质，甚至直接降解成为CO2和H2O，接近完全矿化。目前高级氧化技术主要包括化学氧化法、电化学氧化法、湿式氧化法、超临界水氧化法和光催化氧化法等。高级氧化技术的特点主要在于以下几个方面[3～5]：①反应过程中产生大量氢氧自由基·OH；②反应速度快，多数有机物在此过程中的氧化速率常数可达106～109m-1s-1；③适用范围广，较高的氧化电位使得·OH几乎可将所有有机物氧化直至矿化，不会产生二次污染；④可诱发链反应，由于·OH的电子亲和能为569.3kJ，可将饱和烃中的H原子拉出来，形成有机物的自身氧化，从而使有机物得以降解，这是各类氧化剂单独使用时所不能做到的；⑤可与其他处理技术连用，特别是可作为生物处理过程的预处理手段，对于难以通过生物降解的有机物，在经过高级氧化过程处理后，其可生化性大多可以提高，从而有利于生物法的进一步降解；⑥该技术采用物理—化学处理方法，其操作简单，易于控制和管理。
2高级氧化技术在给水与废水处理中的应用
2.1湿式氧化技术
催化湿式氧化法（CAWO）是指在高温（125℃-320℃）、高压（0.5-20MPa）条件下，以空气中的氧气作为氧化剂（现在也有使用其他氧化剂的，如臭氧、过氧化氢等），在催化剂作用下，氧化水中溶解态或悬浮态的有机物或还原态的无机物，使它们分别氧化成CO2、H2O、N2等无害物质的一种方法。CWAO能够对高浓度、有毒有害废水进行有效处理的一个决定性因素就是催化剂，CWAO所使用的催化剂具有以下特征：氧化速度快；非选择性，能实现完全氧化；理化性质稳定；使用寿命长，对废水中的毒物不敏感；机械强度高，耐磨损。刘学文等以CuO为活性组分，采用催化湿式氧化法处理造纸废水，结果表明在最佳条件下，COD的去除率为90%，色度去除率为89%。张伟红等利用含Cu、Fe类水滑石焙烧产物为催化剂研究了水中对硝基苯酚的氧化催化降解行为，其结果表明所制备类水滑石焙烧产物在对硝基苯酚湿式氧化反应中具有良好的催化作用，水中对硝基苯酚的去除率可达98%。张永利采用催化湿式氧化法处理印染废水，其结果表明，CAWO法处理印染废水，出水COD、BOD5均达到三级标准，色度达到一级标准。催化湿式氧化法处理废水具有停留时间短、氧化反应速度快、占地面积小、无二次污染，处理效率高、适应范围广等优点，但是湿式氧化一般要求在高温高压的条件下进行，其中间产物往往为有机酸，故对设备材料的要求较高，须耐高温、高压，并耐腐蚀，因此设备费用大，系统的一次性投资较高；由于湿式氧化反应中需维持在高温高压的条件下进行，故仅适合小流量高浓度的废水，对于低浓度大水量的废水则很不经济。CAWO使反应条件降低，提高了有机物的降解效率，对于处理高浓度的实际废水有显著效果，但是由于实际废水的成分较复杂，因此对于处理多组分实际废水的研究有限，目前CAWO主要应用于处理造纸废。
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2.2超临界水氧化技术（SCWO）
由于超临界水具有许多特殊的性质，故大多数的有机化合物和氧都能溶解在超临界水中，形成一个有机物氧化的良好环境，将废水中含有的有机物在超临界状态下用氧化剂或催化剂氧化分解去除的方法即为超临界水氧化法（SupercriticalWaterOxidation，SCWO）。其氧化机理最初由Li提出，认为是自由基反应机理，自由基由氧气进攻有机物分子中较薄弱的C-H键产生。一般在400～600℃，30～40MPa下操作，可以在几秒钟内对有机物达到很高的破坏率，其去除率一般在99%以上。该技术较适用于TiO2分解体系难以氧化的有毒有害废水的处理，以及回收废物中有用的化学原料和有机单体。尽管超临界水氧化技术是一种由广阔应用前景的新型污染物处理技术，但所需反应条件高。且对一些化学性质稳定的化合物，所需反应时间长。故为了加快反应速率、减少反应时间，改善反应条件等，在SCWO基础上引入催化剂，开发了更具优势的催化超临界水氧化技术。
2.3臭氧氧化法
臭氧是一种强氧化剂，与有机物反应时速度快，使用方便，不产生二次污染，用于污水处理可有效地消毒、除色、除臭、去除有机物和降低COD等。但单独的臭氧氧化法造价高、处理成本昂贵，且其氧化反应具有选择性，对某些卤代烃及农药等氧化效果比较差。为此，近年来发展了旨在提高臭氧氧化效率的相关组合技术，其中UV/O3、H2O2/O3、UV/H2O2/O3等组合方式不仅可提高氧化速率和效率，而且能够氧化O3单独作用时难以氧化降解的有机物。UV/O3系统已成功应用于去除工业废水中的铁氰酸盐、氨基酸、醇类、农药等有机物和垃圾渗滤液的处理，美国环保局将UV/O3技术列为处理多氯联苯的最佳实用技术。UV/H2O2/O3法可提高挥发性有机氯化合物的去除率，使芳香化合物完全矿化。在美国，UV/H2O2/O3水处理法已有了商业应用，最著名的是USFilter O3/H2O2/UV系统，该系统主要由UV氧化反应器、O3发生器、H2O2供给池及催化O3分解单元构成。由于臭氧在水中的溶解度较低，如何更有效地使臭氧溶于水，提高臭氧的利用效率已成为该技术研究的热点；另外由于臭氧产生效率低、耗能大，研制高效低能耗的臭氧发生装置也成为当前要解决的关键问题。
2.4 Fenton试剂法与类Fenton试剂法
2.4.1 Fenton试剂法
Fenton试剂是由H2O2在Fe2+组成的一种强氧化剂，主要利用高活性的·OH氧化降解水中的有机物，在短时间内实现对有机物的完全降解，且不受水质的限制，其其作用机理一般认为H2O2在Fe2+的催化作用下发生均裂，产生·OH，·OH进攻有机物RH，引起有机物自由基R·的链引发、链传递以及链中止，从而使有机物结构发生碳链断裂，最终被氧化为CO2和H2O等无机质。
2.4.2类Fenton试剂法
近些年来，研究者发现把紫外光引入Fenton试剂可显著增强Fenton试剂的氧化能力并节约HO的用量。1991年美国的Zepp和瑞士的Faust等研究了光照下的反应，结果发现体系中正辛醇、2-甲基-2-丙醇、硝基苯的降解速度在紫外光照下大大加快。这表明紫外光可以大大促进体系中有机物的降解速度。这个发现使得太阳光可以有效地应用于水中有毒有机污染物的处理，提高了反应的应用价值。张乃东等用UV／Fe／+HO法处理苯胺类化合物，20min内苯胺类化合物取出率达95%以上。Fenton类氧化技术具有设备简单、反应条件温和、操作方便、高效等优点，在处理有毒有害难生物降解有机废水中极有应用潜力，但是该方法处理费用高，只适用于低浓度、少量废水的处理。将其作为难降解有机废水的预处理或深度处理方法，再与其他处理方法联用，则可以更好地降低废水处理成本，提高处理效率，拓宽该技术的应用范围。
总结：有效利用各种高级氧化技术或者将高级氧化法与生物处理法联合，提高处理效率与降低成本，高级氧化技术在水处理领域将会有更广泛的应用前景。
参考文献：
[1]薛向东.水处理中的高级氧化技术[J].环境保护，2001（6）
[2]杨占红.不同方法深度处理印染废水的比较研究[J].工业水处理，2010，30（7）
[3]扈胜禄，黄伟等.水的高级氧化技术—自由基反应[J].矿产与地质，2003，17（2）
论文作者:谭光杰
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第19期
论文发表时间:2019/7/1
标签：有机物论文; 废水论文; 技术论文; 臭氧论文; 高级论文; 催化剂论文; 水中论文; 《建筑模拟》2019年第19期论文;