高级氧化技术在水处理中的研究进展

高级氧化技术在水处理中的研究进展

吴法军

新疆众和股份有限公司 新疆乌鲁木齐市 830013

摘要：在科技不断发展的今天，我国的水处理技术也在不断进步和发展。本文对当前水处理过程中正在使用的高级氧化技术进行了综述，旨在为水处理技术的发展提供更加详尽的说明。

关键词：高级氧化技术；水处理；应用研究。

前言

当前我国的科技水平和工业水平都在不断发展，工业和生活中产生的废水越来越多，其中的成分也愈发复杂，废水呈现出降解难度高、有机物浓度高、毒性强的特点。对于这种特点，老式的污水生化处理方式已经很难处理这种污水，工业废水处理造成了水质处理过程中的难题。在上世纪八十年代时期，高级氧化技术（Advanced Oxidation Process,简称AOPs）的出现，很好的解决了污水处理中的难题。高级氧化法是利用氧化剂、催化剂以及声、光、电等作用下，产生具有较强氧化性的自由基，例如·OH等，通过活性自由基和污水有机物之间的化学反应，将污染物分解成为可降解的CO₂和H₂O。和传统污水生化处理方式相比，AOPs使用范围较广、效率高，具有很大的优势，是目前水处理的热门研究方向。

1 Fenton法

1984年法国科学家Fenton在实验中发现，通过Fe²⁺和H₂O₂混合加入到酸性溶液里，能够迅速将苹果酸（2-羟基丁二酸）氧化分解，这一体系就被称为Fenton试剂。后续，有科学家逐渐发现通过Fenton试剂能够有效处理含有苯酚或烷基的废水，逐渐的引发了国内外的广泛关注。从原理上而言，Fenton法主要利用H₂O₂在Fe²⁺的催化中，形成了具有极强氧化性的自由基·OH，通过自由基的极强氧化作用，使得有机大分子杂志逐渐分解为可降解的CO₂和H₂O。近年来，Fenton氧化法在石油炼化企业、染料废水、造纸废水等废水处理中应用广泛。

2 类Fenton法

以原Fenton法为指导，科学家发现，在Fenton法中引入紫外线、电、光、声波、微波等具有能量的手段，能够有效增加·OH的产出率。这些衍生方法被统称为类Fenton法。

2.1 光化学和光催化氧化法

在光（太阳光或人工光）的作用下，氧化剂产生羟基的速率和效率都有所上升，污染物被这些催化产生的自由基所分解，这一方法就被称为光化学氧化法。这种方法具有控制便利、耗费时间短、效率高的特点。光化学氧化法可以按照氧化剂的种类分为UV/ H₂O₂、UV/O₃、UV/ H₂O₂/O₃等方法。有研究表明，对印染废水的处理过程中，通过UV/ H₂O₂方法进行处理的废水能够迅速降解，在1小时内废水中的SDBS（十二烷基苯磺酸钠）可消除超过8成。

通过半导体催化对氧化剂的羟基产生过程进行催化，将这一过程暴露在紫外线或能见光的环境中，使得价带上的电子能叫半导体的禁带宽度更加的款，这样价带上的电子就会想导带上进行跃迁，此时价带上出现了很多空位，这些空位的得电子能力很强，H₂O会由于这些空位的影响而极易失去电子生成羟基，从而达到催化羟基生成的目的。

当前应用范围广泛的半导体催化剂包含TiO₂、ZnO等。由于TiO₂的催化效果良好、耐光腐蚀性能好、价格便宜等优点，具有最广泛的应用。目前在TiO₂中加入一些过渡金属，能够大大提升其催化性能，并且也能有效扩大光谱的范围。因此在光催化领域TiO₂具有最广泛的应用范围。

2.2 湿式和湿式催化氧化法

湿式氧化法（Wet Air Oxidation）是当前高级氧化技术的研究热点。在高温高压的状态下，通过O₃、H₂O₂对废水中的有机物进行有效讲解。通常来说，湿式氧化法的适用温度为150-300℃，压强在0.5-20MPa之间。

湿式催化氧化法（Catalystic Wet Air Oxidation）是在湿式氧化法的基础上，通过加入催化剂，将反应的条件降低，使得氧化剂能够在室温、大气压的就可以产生氧化反应，通过增加催化剂同样能够降低增加氧化反应的速率，有效缩短氧化反应时间。和湿法氧化法相比，这种方法显然更加的具有节约能源、经济便宜的特点。

2.3 超临界水氧化技术

一旦处于超临界状态，气相和液相之间的界面就会消失，在此条件下，流体就会同时拥有液态、气态两种属性，在此状态下，水可以和任何非极性的有机物、氮气、氧气等进行任意比例的互溶，但是却无法溶解无机物，这就可以实现有效去除有机物的目的，在这一条件下进行的氧化反应就被称为超临界水氧化技术（Supercritical Water Oxidation）。在超临界状态下，化学法应都是均相反应，反应速度很快，可以在很短的时间内将有机物分解为CO₂和H₂O。此外，如果在超临界水氧化技术中引入催化剂，同样能够有效提升反应速率，加快反应进程。

当前，超临界氧化技术由于具有反应速率快、污水处理效率高、无二次污染等特点，具有良好的应用前景。但是，仍然有一些未解决的难题限制了超临界氧化技术的使用，如对设备精度要求高、成本高、设备易被腐蚀等问题。

3 小结

高级氧化技术由于反应速度快、适用范围广、处理速度快等特点，已经成为了当前水处理领域应用最广泛的技术之一。但是当前由于对于高级氧化技术的机理研究还较浅，此外，当前污水处理以一级、二级处理为主，处理的过程当中尚且用不到高级氧化技术进行深度处理，因此在应用上高级氧化技术仍然不甚广泛。但是随着当前国家对于环保的要求越来越高，水质要求日益严格，传统的化学处理方式已经很难达到水质的要求，这就为高级氧化技术提供了发展的良机。

参考文献

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