浅谈未来废水物理化学处理技术发展趋势

高沛 夏志军 严铁生 冯泽

【摘要】随着废水处理技术领域的不断开阔和发展，各种废水处理新技术也在不断的实践和探索中日益成熟，它们在未来废水处理领域中将会成为不可或缺的技术。本文章主要简要介绍了几种高级氧化技术以及膜分离技术的基本原理、反应机理、特点以及发展趋势。

【关键词】高级氧化法 Fenton高级氧化法 光催化氧化法 电催化氧化法 膜分离技术

0 引言

1935年W.鲁道夫和E.H.特鲁尼克开始试验用物理化学处理系统处理污水。随着工业的发展，工业废水水质日趋复杂，许多复杂的有机物，生物难以降解；对有毒的污染物其浓度超过微生物的耐受限度时，生物处理法又不适用。为了保护环境和合理利用水资源，废水排放标准越来越严格，对废水回用率的要求越来越高。因此，70年代以来，物理化学处理法得到广泛重视和迅速发展。

1 废水物理化学处理技术的现状

废水物理化学处理法是废水处理方法其中的一种，常用于废水处理的物理化学法有：离子交换法、萃取法、膜分离法和吸附法等。废水中经常含有某些细小的悬浮物及溶解静态有机物，为了进一步去除残存在水中的污染物，可以采用物理化学方法进行处理。

2 废水处理新技术-高级氧化技术

2.1 高级氧化技术的概述：

高级氧化技术是通过各种光、声、电和磁等物理化学过程产生大量活性极强的自由基（ 如·OH） ，该自由基具有强氧化性，氧化还原电位高达2.80V，仅次于F2的2.87 V[1]。通过这种强氧化性来降解水中有机物，并最终氧化分解为CO2和H2O。根据产生自由基的方式和反应条件的不同，可将其分为Fenton高级氧化技术、光催化氧化技术、电催化氧化技术、湿式氧化技术、催化湿式氧化技术等。

下面将对这几种高级氧化技术分别做介绍。

2.2 Fenton高级氧化技术

（1）简介

Fenton高级氧化法是利用催化剂、光辐射或电化学作用，在酸性介质中，以Fe或者Fe2+作为催化剂分解H2O2产生羟基自由基，从而引发有机物的氧化降解反应。羟基自由基所产生氧化能力在所有氧化剂中排第二，仅次于氟。

（2）影响因素

①反应物本身的特性、（2）H2O2的剂量、（3）Fe2+的浓度、（4）pH值、（5）反应时间（6）温度等。Fenton高级氧化法反应的pH值一般约在3～4。

（3）特点：

Fenton高级氧化法具有设备简单、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。

2.3 光催化氧化技术

（1）简介

光催化氧化法是一种新兴技术，是在表面催化剂存在的条件下，利用一定波长的紫外光或可见光在常温常压下催化氧化废水中的有机污染物，使有机物氧化降解的反应过程。

（2）光催化降解水中污染物的作用原理

光催化降解技术中，通常是以Ti02等半导体材料为催化剂。这些半导体粒子的能带结构一般由填满电子的价带和空的高能导带构成，价带和导带之间存在禁带，当用能量等于或大于禁带宽度的光照射到半导体时。价带上的电子（e一）被激发跃迁到导带形成光生电子（e-），在价带上产生空穴（h+），并在电场作用下分别迁移到粒子表面。光生电子（e-）易被水中溶解氧等氧化性物质所捕获，而空穴因具有极强的获取电子的能力而具有很强的氧化能力，可将其表面吸附的有机物或OH-及H如分子氧化成·OH自由基，·OH自由基几乎无选择地将水中有机物氧化。

2.4 电催化氧化技术

电催化氧化（Electro-catalytic Oxidation）是指通过阳极反应直接降解有机物或产生羟基自由基·OH、Cl2、O2及O3一类的氧化剂降解有机物的方法。该技术采用外加电场，其反应在电极/溶液界面进行。该技术特别适用于生物难降解或一般化学氧化难以奏效的水中有机物的处理。

电催化氧化技术的反应机理：

电催化反应中，通过电解产生的O2和外源O2在阴极上还原产生H2 O2 ；

酸性条件下： O2 +2H+ +2e H2 O2

堿性条件下O2 + H2 O + 2e HO2-+ OH-

HO2- + H2 O + 2e H2O2 + OH-

2.5 高级氧化法的应用

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，可降低处理成本。主要适用于：有机磷农药废水、毛纺染整治废水、氯代有机物废水、含油废水、垃圾渗滤液等。

3 废水处理新技术-膜分离技术

3.1 膜分离技术的简介

膜分离技术是一种以压力为推动力、利用不同孔径的膜进行水与水中颗粒物质（广义上的颗粒，可以是离子、分子、病毒、细菌、黏土、沙粒等）筛除分的技术。根据膜孔径从大到小排列，可以把膜过滤分为微滤、超滤、纳滤和反渗透4种。其中微滤和超滤膜技术由于操作压力小、成本低而引起世界各国研究者的重视。

（1）微滤膜的孔径通常大于0.1μm，主要是分离去除水体中的悬浮物、颗粒物，部分去除细菌和病毒；（2）超滤膜的孔径范围在0.01～0.1μm，对水体中的颗粒物、细菌、病毒、胶体、大分子有机物等污染物有很好的去除效果；（3）纳滤膜被称为低压反渗透膜，它的截留物质介于反渗透和超滤膜之间，可以有效地截留多价离子如钙和锰，但对单价离子如钠的截留效果差；

（4）反渗透几乎能截留水中的所有溶质，包括单价离子等。

3.2 膜分离技术的特点及展望

特点：在常温下进行；无相态变化；无化学变化；选择性好；适应性强。

随着膜市场的迅速扩大和膜技术在废水处理中的应用推广，各国纷纷投入大量人力、物力进行相关研究，以期在日益发展的膜市场占据有利位置。我国在这方面起步较晚，虽然也取得了一些成绩，但任重道远，还需要加强膜技术方面的研究才能在将来占有一席之地。

4 结语

随着人们对环境问题的重视，废水中有机污染物的处理技术得到迅速发展，高级氧化技术对水体中有毒有害难降解的污染物具有较强的应用优势，高级氧化技术以其高效、快速、无二次污染等众多优点而有着广阔的前景。膜分离技术处理效果好，膜工艺日趋成熟，也称为废水处理领域十分重要的处理技术。

参考文献

[1]张春玲，那辉，刘晨光，等.含有联苯结构二缩水甘油醚型环氧树脂的合成与表征[J].热固性树脂，2002，17（ 1） ： 1-4.

[2]杨少霞，冯玉杰，万家峰，等.湿式催化氧化技术的研究与发展概况[J].哈尔滨工业大学学报，2002，34（4）：541-544.

[3]徐南平，邢卫红，赵宜江.无机膜分离技术与应用[M].北京：化学工业出版社，2003.

[4]陈欢林.新型分离技术[M].北京：化学工业出版社，2005.

[5]唐受印，戴友芝.废水处理水热氧化技术[M].北京化学工业出版社，2002.