摘要：目前，社会的发展迅速，在经济高速发展、人口总量庞大的背景之下，我国环境负荷日趋增加，环境质量标准和污染物排放标准日益严苛，可供利用的水资源愈发紧缺，并且环境中出现的新型污染物，如全氟有机化合物(PFOCs)、个人护理品(PPCPs)、微塑料(MPs)、内分泌干扰物(EDCs)等，呈现出多样、复杂、难生物降解、持续风险等特点。在这样的背景下，传统生物处理愈发难以将一些废水处理至回用或者排放的标准。因此，人们将目光聚焦于高级氧化技术。高级氧化技术(AOPs)是指通过产生具有很高氧化电位的•OH、•O2-、•SO4-等活性自由基，将难降解的大分子有机物氧化成低毒或无毒的小分子物质，甚至矿化为CO2和H2O的技术。AOPs表现出：氧化能力强，如•OH的氧化还原电位为2.80V；反应速率快，与大多数有机物的反应速率常数处于106~109M-1s-1；可改善废水的可生化性，•OH可通过亲电加成、夺氢、电子转移等方式将大分子有机物分解为短链的小分子有机物，提高BOD/COD值(B/C值)；二次污染少，能将污染物矿化；适用范围广，•OH对有机分子几乎无选择性。
关键词：水处理；高级氧化技术；应用分析
引言
近年来，工业及城市的快速发展造成水污染问题十分严重。高级氧化技术(AOPs)是在氧化反应中，将电、光辐射、催化剂等与常见的化学氧化剂结合，产生高活性自由基(主要为•OH);这些自由基可以与水中有机物反应，将它们氧化分解成小分子直至降解为CO2、H2O和无机盐。•OH的氧化能力极强且非常活泼，几乎可以与水中所有有机物分子反应且无二次污染。由于高级氧化法操作简单、反应条件温和、高效且处理范围广，在精细化工、造纸以及纺织印染等有机废水处理领域均有广阔应用前景。高级氧化技术主要包括:Fenton法、类Fenton法、电化学氧化法、光化学氧化法、臭氧氧化法、超声氧化法等，在实际应用中常将上述几种方法协同使用。
1高级氧化技术简介
高级氧化技术（AOPs）提出于上世界80年代末，90年代逐步完善和发展，后被广泛应用于污（废）水预处理及城市污水深度处理。经过几十年的发展，AOPs已成为一种“绿色技术”，并在污水处理、土壤修复等诸多领域得到了进一步的推广与应用。AOPs是利用光、声、电、磁、催化剂等技术，通过物理化学等过程催化产生大量活性极强的自由基（如•OH），该自由基具有强氧化性，可实现废水中难降解有机物的氧化，提高可生化性，主要包括Fenton法及类Fenton法、臭氧氧化法、电催化氧化法、过硫酸盐活化技术、湿式氧化法等。
2水处理的高级氧化技术分析
2.1光催化氧化科技在水处理中的运用
就当前来讲，相关光催化氧化积水的基本学说与实践层面，很多国际国内的专家业已完成大批的研究。依照已有的模式光催化氧化剂催化剂一般分成两大类的悬浮液，浮反应设备会混入ＴｉＯ２颗粒直接流入污水被处置掉。透过拌和匀称、散乱的催化剂。光催化氧化还原的ｎ状半导体作为催化剂，例如ＴｉＯ２、ＷＯ３等。化学特性与光化学特性较为平稳，没有毒害物质、售价便宜、供应足够。光化学氧化被分成无催化剂与有催化剂两类。无催化剂参加阶段，都使用氧气与Ｈ２Ｏ２作为氧化剂，以ＵＶ为重要光源。有催化剂参与阶段也被叫做光催化氧化，通常分成均相与非均相催化两种。均相光催化氧化中较为常规的是ＵＶ／Ｆｅｎｔｏｎ法，非均相光催化氧化法中常见的包含半导体光催化氧化法。从半导体光催化氧化模式来讲，常规的催化剂包含ＴｉＯ２、ＺｎＯ、ＺｎＳ等金属氧化物与硫化物。
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2.2湿式氧化科技
湿式氧化科技是在高温（１２５～３２０℃）、高压（０．５～１０ＭＰａ）的环境下，使用纯氧或大气为氧化剂，氧化水内悬浮状态与溶解状态的有机物、还原状态的无机物，让其反应变成水与ＣＯ２的处置科技，该科技能够完全氧化一部分很难降解的有机物，减少水内的ＣＯＤＣｒ，还能够提升污水的可生化特性，这也是该技术与生物处置科技相融合的原由。湿式氧化科技有着效果好、氧化速率快、不形成再次污染、反应完全等优势。近年来，在运用阶段使用了另一类氧化剂———液态Ｈ２Ｏ２，让该科技能够在正常温度与压力下运用，ＣＯＤ与色度的去净率分别是８０％、９０％之上。这也扩充了其运用范畴。然而，湿式氧化科技设施要求更为可苛刻、操控环境较为严苛、运转成本居高不下，让该类科技的推介受到一定的影响。
2.3电催化氧化法
电催化氧化分为兼具电化学分离技术（电渗析、电凝）、降解技术（阳极氧化），主要涉及2种氧化机理：1）在阳极处存在直接氧化，有机物与阳极表面之间发生直接电荷转移，实现有机物降解；2）在电极表明产生活性氧（•O2）或羟基自由基来降解有机物。电催化技术发展到今天尚未大规模应用，阳极腐蚀易耗、低效率高能耗问题仍待解决。传统的阳极材料包括铂（Pt）、二氧化铱（IrO2）、二氧化铅（PbO2）、含硼金刚石（BDD）等，均为贵金属惰性材料。研究发现，电催化氧化法（以BDD为阳极）具有高氧化电位和防腐性能，可显著去除医药废水中的双氯芬酸，磺胺甲恶唑，碘普罗胺等难降解有机物。在电流密度900Am-2下以BDD为阳极研究了垃圾渗滤液的去除效果，COD3h的去除率为90%。目前，电催化氧化主要的研究集中于新型电极材料的制备及其工程示范。
2.4超临界水氧化法
超临界水氧化(SCWO)是由湿式氧化法改进而来，其原理是将超临界水作为介质来氧化分解有机物。当水的温度和压力达到临界点(温度374℃、压力22.1MPa)以上，水就会处于一种介于气体和液体之间的特殊状态，称为超临界状态。此时水溶液具有近于液体的溶解特性以及气体的传递特性，介电常数很小，成为溶解度高的理想反应介质。同时，有机物和氧气溶于水中，发生均相反应，由于相界面的存在，传质、传热不会受到限制，因此超临界水中有机物反应可在极短时间内完成。通过间歇式超临界水氧化设备，确定了超临界水氧化磷酸三丁酯(TBP)的最佳反应条件，停留时间9min时，有机物去除率可达99.9%。当停留时间至10min可确保TBP彻底去除。SCWO在较高的温度和压力下才能获得较好的处理效果，且对金属腐蚀性较大，因此对于反应设备有较高要求。而在反应中加入催化剂可以加快反应速率，使反应温度降低，从而降低对设备的要求。在超临界水催化氧化过程中，常采用贵金属、过渡金属、碱金属盐及杂聚酸类作为催化剂。通过超临界水氧化技术处理焦化废水，确定了最佳工艺条件。在此条件下，反应时间60s时废水的CODCr去除率可达99.5%．氨氮降解率为90%。超临界水氧化技术具有很多优点，其反应速率快，无二次污染，净化彻底，但仍然存在一些问题，包括设备腐蚀、盐沉积、最佳反应条件的确定、反应速率控制等。
3应用前景与发展趋势
高级氧化科技是新式的水处理科技，因为其在污染事物降解阶段有着有效性、普遍性与氧化降解的完全性等优势，已变成国际国内水处置行业的焦点议题。然而从当前的状况来讲，由于其运行成本很高、氧化剂耗费多等缺陷，让其使用遭到约束。单独地运用这门技术来完全消解污水内的有机物成本较为高昂，与产业化运用还差一大段距离。所以，高级氧化阶段与传统工艺融合是近年来高级氧化科技的发展趋势。
结语
环境容量和工业废水、废气排放之间的矛盾日趋加深，难降解有机物含量的增加必将促使AOPs在未来广泛应用。现有AOPs方向的研究为未来工程实践提供理论指导，但实验小试、工程示范、广泛应用过程中仍有一段漫长的路，需要学者研究和解决。以问题为导向，解决工程实践使得AOPs的研究更具价值和意义。通过AOPs能耗的削减、AOPs/生物法工艺耦合，以实现水处理领域、土壤修复领域、气相有机物降解的全面系统发展。
参考文献
[1]吴晴,刘金泉,王凯,等.高级氧化技术在难降解工业废水中的研究进展[J].水处理技术,2015(11):25-29.
论文作者:徐远
论文发表刊物:《基层建设》2019年第27期
论文发表时间:2020/1/2
标签：有机物论文; 催化剂论文; 技术论文; 高级论文; 阳极论文; 科技论文; 氧化剂论文; 《基层建设》2019年第27期论文;