高级氧化技术在水处理的研究

雷奎春

摘 要：本文主要分析了处理水的几种高级氧化技术，主要有化学氧化法、光催化氧化法、湿式氧化法和超临界水氧化法等，并且就各种高级氧化技术进行了优化对比。

关键词：高级氧化技术；水处理；氧化氢；臭氧

随着我国社会经济的快速发展，工业也得到了迅猛的发展，工业废水中的各种有机物被越来越多的排放到水体当中，所造成的环境污染越来越严重。这些废水当中的有机物往往有毒，甚至会致癌，一些挥发性的物质进到大气中后，会对人类健康产生很大的威胁。一般的物理、化学和生物方法不能做到真正的净化处理，于是，高级氧化技术便应运而生，在水处理中得到了普遍的运用。

1 化学氧化法

化学氧化法就是将化学物质添加到其中，再使用这些物质反应出现的·OH氧化污染物，比较常见的主要包括两大类：Fenton试剂氧化与臭氧氧化。

1.1 Fenton试剂氧化

早在1894年，法国科学家Fenton研究发现，酸性水溶液中亚铁离子与过氧化氢共存时，能氧化酒石酸，这就为后人分析还原性有机物与选择性氧化有机物提供了新方法，所以，将Fe2+/H2O2被叫做Fenton试剂。在Fe2+/H2O2中，Fe2+是催化剂，而H2O2是化学反应所产生的，·OH则是起氧化作用。当pH值在2.5～3.5之间时是Fenton试剂的最佳使用环境。因为这时Fe2+能更好的催化H2O2。Fenton法氧化能力强、反应条件温和，所用设备简单、适应性较广，但是由于H2O2利用率低、有机物矿化不充分，也在很大程度上制约了其发展。

1.2 臭氧氧化

臭氧（O3）是一種强氧化剂，在水溶液中能自发的分解成含氧自由基，但氧化速率不高，且选择性较高。而在碱性体系中，OH-的存在会在很大程度上加快O3的分解，导致出现·OH，加快反应。O3氧化主要用在难生物降解的有机废水中，主要是提高废水的可生化性。它也被用于一些高色度的废水中，比方说处理印染废水，实现脱色。把氧化剂

H2O2、紫外光等引入到臭氧处理体系中，可以加速O3的分解速率，提高了污染物的反应速率；在O3/H2O2体系中，H2O2提高了O3的分解速率，增加了·OH的产生数量，相当有助于污染物的降解；这样，O3/H2O2/UV混合体系也能在很大程度上加快03的反应能力，所以，被广泛的用在难降解污染物的废水处理中。

2 光催化氧化法

现阶段研究最多的是半导体光催化剂二氧化钛（锐钛矿型TiO2）。通过紫外光的照射，光催化剂表面会出现电子一空穴对，如果这时有适当的俘获剂或表面发生缺陷时，就会在很大程度上抑制电子一空穴的复合，而复合前，在光催化剂的表面会出现氧化还原反应。空穴具有很强的化学反应活性，体系中多数光催化氧化反应，是直接或问接利用空穴的这一氧化能力，它一般与其表面吸附的H2O或OH-反应形成·OH，同时体系中还产生其它具有氧化性的自由基，如超氧离子自由基·02-、HO2·自由基等，这些氧化性很强的自由基，能将各种有机物直接或间接矿化为CO2、H2O等无机小分子物质。

光催化氧化技术，在染料、农药及其它含难降解污染物废水的处理中研究较多，但由于存在光能利用率低、电子一空穴复合率高、量子效率低等不足，而限制了对该技术的应用。近些年来，围绕着提高光催化活性的研究，主要集中在以下几个领域：纳米光催化剂的研制、光催化剂的固定化技术、复合半导体光催化剂的研制及高效光催化反应器的研究等。

3 湿式氧化法

湿式氧化（Wet Oxidation），是指在高温高压液相条件下，利用氧气或空气（或其它氧化剂如O3、H2O2等）氧化水中有机物或还原态无机物的一种处理方法。湿式氧化采用的温度一般为120～320℃，压强为0.5～20MPa。跟一般的处理技术比较，这种方法几乎可以无选择性地高效氧化各类高浓度有机废水，而且能在较短时间里完成处理、产生二次污染的可能性小、且存在较多可以回收的物质和能量。但是这种方法所需的压力和温度较高，而且所需的设备一定要满足能在高温高压和强腐蚀性条件正常使用，所以初始阶段的投资比较多，也在很大程度上制约了它的大规模使用。

为了缓和反应条件，又出现了催化湿式氧化技术，这是在湿式氧化技术的前提下，加入催化剂来降低反应的温度和压力，缩短反应时间，降低设备的腐蚀性和反应成本。

4 超临界水氧化法

当水处在374℃、22.1 MPa的临界点时，被称为超临界水（Supercritical Water，简称SCW）。在SCW条件下，水具有许多独特的性质。超临界水还能较好的传热和传质，这些特性让超临界水变成了优良的反应介质。超临界水氧化技术适合用在有机废水和污泥的处理中，这种技术也是现阶段处理有毒难降解工业废水的重要方法。SCWO是指有机废物和空气、氧气等氧化剂，在超临界水中进行氧化反应而将有机废物去除。由于SCWO是在高温高压下进行的均相反应，反应速率很快（可小于1min），处理彻底，有机物被完全氧化成二氧化碳、水、氮气以及盐类等无毒的小分子化合物，不形成二次污染，且无机盐可从水中分离出来，处理后的废水可完全回收利用。另外，当废水中的有机物含量超过2%时，SCWO过程可以形成自热而不需额外供给热量。SCWO的这些特性，使其与传统的生化处理法、湿式氧化法、焚烧法等废水处理技术相比，具有其独特的优势，对于传统方法难以处理的有毒有害废水及废物体系，SCWO已成为一种具有很大潜在优势的环保新技术。

当前很多欧洲国家都建成了SCWO的工业化处理装置，并成功的将其运用到了废水和污泥的处理中。但是，我国还处在实验室的实验阶段，要将其大规模的运用在工业当中，还要处理好设备腐蚀和反应器堵塞等难题。

5 高级氧化技术的优化对比

虽说高级氧化技术比起其他的技术来，在去除有机污染物方面优越性更强，但是各种高级氧化技术也会具有较大的差异，需要我们就具体的技术进行分析。

Fenton氧化法反应条件温和，所需设备简单，费用不高，但是氧化能力差，出水水质差，比较适合用在工业废水的处理和低浓度废水的处理中。而臭氧氧化法具有较高的氧化能力，不会产生二次污染，但是设备比较复杂，效率低，降解有机物不够彻底。适合用在工业和造纸等废水的处理中。超临界水氧化技术反应速率快，降解率高，但运行成本高，对环境的要求高，只适合用在高浓度和小流量的有毒废水处理中。

湿式氧化法具有较好的处理效果，适用范围广，但反应要满足一定的压力和温度，对设备要求高，只适合用在高浓度小流量的工业废水处理中。超声降解法反应条件温和，效率高，对设备要求低，但成本高，降解不彻底，目前仅限于实验室单一组分小水量废水处理。

总而言之，高级氧化技术跟传统的方法相比，具有不可比拟的优点，不但反应速率快，而且污染小。所以，高级氧化技术已经成为水处理的热点。但是现阶段的很多高级氧化技术还不够成熟，需要较多的处理成本，难以大规模的用于工业化。所以，还需要我们进行深入的研究，争取不断提高处理效率，减少处理成本，并实现各类技术的联合使用，让各种技术优势互补，更好的为工业水处理服务。

参考文献：

[1]陈德强.高级氧化法处理难降解有机废水研究进展[J].环境保护科学.2005，31（132）：20-231.

[2]李金英，杨春维.水处理中的高级氧化技术[J].科技导报.2008，26（16）：88-92.

[3]张志杰，葛红光，张开勋.超临界水氧化处理废水研究进展[J].环境污染治理技术与设备.2003，4（2）：41-43.