高级氧化技术在水处理中的研究进展

朱松梅

（安徽省化工研究院 安徽合肥 230041）

引言

现代化工业的不断发展过程中，废水中有机物的数量和种类逐渐增多，而且有明显增长趋势。如果对于排放出来的废水不能及时进行处理，容易污染我国的水资源，会对人们的身体健康造成很大的危害，废水中包含的有机化合物和有毒物质很难降解，采用生物降解的方法并不能达到较好的效果。近年来，高级氧化技术在废水处理中被广泛应用和研究，获得了较好的应用效果，保证了水资源的持续发展。

1 高级氧化技术概述

高级氧化技术是近年研究出来的一种有效的水处理技术，主要是在高温高压、光电声辐射等条件下对水资源进行处理，与废水发生一系列的反应，达到对废水中大分子的降解，使废水中有机物氧化为小分子，实现对废水的净化和处理，高级氧化技术实际应用时有多种反应条件，还有多种类型的废水处理方法，主要包括光化学氧化法、臭氧氧化法、超声氧化法等[1]。

2 高级氧化技术的类型

2.1 光化学氧化法

光化学氧化法是借助可见光和紫外线的照射与加入的氧化剂发生反应，通过在废水中的反应，将废水中的有机物进一步转化为水、二氧化碳和一些较小的有机物，达到对废水中有机物质的有效分离，该化学反应的整个过程花费时间较少，而且反应条件也很容易被控制，有着较好的处理优势和应用优势。

2.2 光化学催化法

光化学氧化法与光化学催化法具有相似之处，但是，光化学催化法比光化学氧化法有更强的废水处理能力，对于处理废水中的有机物有着更好的降解效果，为了使光化学催化法达到有效的应用效果，需要研究人员进一步加强对催化剂的研究和其在废水中的应用，使得催化剂在废水中获得较好的化学反应，而且催化的稳定性和催化活性也是比较重要的。同时需要借助太阳光，使得催化剂进一步固定化，给高效化反应过程提供良好的先决条件，使得反应效果更佳[2]。

2.3 电化学氧化法

电化学氧化法是借助电极在废水中发生氧化反应，实现废水中有机物质的进一步降解，达到对废水的处理和净化。该种氧化法分为直接氧化和间接氧化两种形式，直接氧化法是利用阳极表面对废水放电，与废水中物质发生氧化，达到对有机物的有效降解，实现对废水处理的目的。间接氧化法主要是通过溶液中的C12和C10完成对废水中有机物的氧化作用，实现废水的净化。电化学氧化法目前在垃圾渗滤液中应用，有着较好的处理效果，但是该方法在应用过程中会消耗较大的能量。

2.4 臭氧氧化法

臭氧的氧化能力非常强，目前作为一种强氧化剂被广泛应用，臭氧可以被分解为含氧自由基，但是其整个氧化速率比较慢。当臭氧应用到碱性环境中，OH 加速臭氧的分解，会有大量的强氧化性的OH 产生。目前在对废水的处理过程中，为了达到有效降解目的，臭氧氧化法被广泛应用，而且能够获得较好的处理效果。臭氧在废水中处理难降解的有机生物时会获得积极的影响，采用臭氧氧化法对废水的处理成本较高，该种氧化法的氧化反应选择性较多[3]。

2.5 超声氧化法

在废水处理中应用超声波氧化法可在16Hz 到1MHz 范围内借助超声波对废水进行处理，有着较强的穿透能力，使液体实现声空化，废水中的液体分子交替压缩，进一步扩张，废水就可以被净化和处理。废水中声空化的过程使得局部的温度和压力升高，废水中的空化泡会压缩、崩溃，在较小的空间内能量进一步释放，有机物瞬间溶解，产生的一些空气气泡消失，其降解的速度非常快，降解条件温和，降解的过程中不会造成二次污染。超声氧化法与Fenton 法联合使用，可以有效处理染料废水，而且处理的效果比较好。

已有试验结果表明利用超声波与TIO2光催化联合处理垃圾渗滤液，使得氧化剂的分解能力进一步强化，有效提升了处理的效果。还有超声氧化法与光催化法之间的联合使用会使氧化剂的分解能力进一步提升，该种组合技术的应用在垃圾渗透液处理方面获得较好的效果[4]。

2.6 湿式氧化法

湿式氧化法对废水的处理需要具备的氧化条件是高压高温状态，其以氧气和空气作为氧化剂对废水进行氧化处理，实现废水中有机物质的转化，达到对废水有效处理的目的[5]。目前催化湿式氧化法在进一步研究中主要以Cu、Fe 等为催化剂，多是一种金属元素，或是多种金属元素组合。对于吡虫磷农药废水的处理中催化湿式氧化法的应用效果较好，在温度为190℃、氧分压为1.6MPa 的条件下，COD 的去除率能够达到95%，处理之后的废水COD 从0.093 增至0.590，而且对有机物的去除率可以达到95%以上。图1 为高级氧化技术的反应动态。

图1 高级氧化技术反应动态

3 高级氧化技术在水处理中的研究进展

3.1 臭氧氧化法在水处理中的研究进展

臭氧氧化法对废水进行处理的成本较高，该种氧化法的氧化反应选择性较多。近年来，臭氧氧化法多是与其它技术组合使用，实现对废水的处理，采用组合技术对废水进行处理的过程中，整体的反应速度和处理效果都比较快，单独使用臭氧氧化法对有机物进行降解，能够进一步扩大该技术对污染物的处理范围。通过实验之间的对比，将臭氧氧化技术与其它高级氧化技术联合使用，会使废水处理效率提升，整体的反应时间缩短，可以说未来在臭氧进行水处理的过程中，组合技术的应用能够进一步降低成本，而且利用效率较高，是未来臭氧技术发展的方向。

3.2 超声氧化法的研究进展

超声波氧化法在16Hz 到1MHz 范围内借助超声波对废水进行处理，这时溶液会产生一种超声固化的现象，废水中局部温度进一步升高，压力也增强，会有高浓度的氧化物和水被分解出来，形成超临界水，实现对废水中有机物质的快速降解，整个处理的过程操作比较简便，一次性就可以处理到位，不会产生二次污染，整个降解的过程条件温和[6]。超声氧化法在今后的废水处理中有着比较广阔的发展前景，而且作为一种清洁水处理技术受到广泛欢迎，超声氧化技术在废水处理中可以联合使用臭氧氧化技术，实现优势互补，还可以与光催化氧化技术等其它有效技术结合使用，相关研究表明，超声氧化法与Fenton 氧化技术进行结合使用，可以有效处理一些染料废水，而且处理效果非常好，去除染料废水中COD 的效率达到91.8%。超声氧化法与催化湿式过氧化氢等进行结合，能够通过超声辐射降低氧化反应，使氧化速度和效率获得很大提升，能耗也进一步降低。

3.3 光化学氧化法和光化学催化法的研究进展

光化学氧化法将废水中的有机物进一步转化为水、二氧化碳和一些较小的有机物，实现对废水中有机物质的有效分离，该化学反应的整个过程花费时间较少，而且反应条件也很容易控制，有着较好的处理优势和应用优势。光化学催化法需要研究人员进一步加大对催化剂的研究和其在废水中的应用，使得催化剂能够在废水中获得较好的化学反应。催化的稳定性和催化活性也是比较重要的，需要借助太阳光，使得催化剂进一步固定化，给高效化反应过程提供良好的先决条件，使得反应效果更理想。适用于有机物浓度较低、浊度较小的难降解废水处理，其特点可以概括为以下几点：氧化不彻底、能耗较大、投资费用高，反应条件温和、氧化能力强。

3.4 湿式氧化法研究进展

湿式氧化法在废水处理过程中，需要先准备好系统化的氧化设备，主要包括水处理中的反应器、热交换器、空气压缩机等。其中，反应器是整个设备的核心部分，使用的反应器要满足反应的要求，在该反应器中处理的废水有着较强的腐蚀性，选择的反应器应该是耐腐蚀性的，而且反应器要处于一种高温高压的条件下，可以选择不锈钢或镍钢等材质的。热交换器的使用过程可以实现液体之间的热交换，之后才进入到反应器中，热交换器的选择要符合一定的标准和要求，要能够承受住较大面积的传热，抗腐蚀性能要好，而且保温性能也比较重要。空气压缩机作为辅助设备，以水为氧化剂实现废水的氧化反应，在空气进入到反应器内之前，需要对空气进行有效处理，使得空气的压力增强，能够达到水处理的温度和压力。气液分离器作为一种压力容器被使用，废水发生氧化反应之后，进入到交换器中，需要将其温度降低，实现液体中氧气、二氧化碳等物质的有效转化和分离，废水就可以被净化，继而进行排放。采用湿式氧化法对废水进行处理时，不但能够有效处理废水，而且能够有效利用能量，避免能量的损失，这样氧化系统原本的能量可以得到进一步补充和有效维持。

湿式氧化法目前在高浓度、难降解的废水处理中得到有效应用，其能够使废水的可生化性提升，而且能够在有毒有害的工业废水中发挥作用，在一些炼油厂和石化厂废水的处理中有较好的应用效果[7]。针对这些比较难处理的废水采用传统的处理技术效果较差，还会有各种问题产生，而且处理之后的废水要达到排放标准较难，对容器的消耗量也较大。吸附法处理废水需要的吸附剂价格较高。化学氧化法在废水处理中有着较好的净化效果，但是其中的氧化剂应用成本较高。应用湿式氧化法处理废水，有着较好的处理效果，而且这个处理效果比较稳定，对于进水浓度高的废水可以结合生化法进行有效处理后直接排放，另外，将湿式氧化法应用在染料废水中也能够进行有效处理，染料废水中含有的有毒有害物质较多，其中苯的氨基、硝基类化合物等都是一些极性物质，很容易融于水，而且成分复杂、浓度较高、毒性较大。针对该种废水的处理，主要是处理废水中的COD。

近年来使用的新型染料中包含的物质类型越来越多，一些物质抗氧化和抗生物降解，在进行废水处理方面有较大的难度，采用一般的生化和雾化方法并不能达到很好的处理效果，而且出水无法满足排放要求，这时可以采用湿式氧化技术对染料废水中的有毒物质进行有效化解、降解。目前湿式氧化法的推广存在较大的局限性，由于存在条件方面的限制，很难达到较好的处理效果，在整个处理的过程中会有有机酸产生，因此，选择的设备要耐高温和高压，有较强的耐腐蚀性能，在实施氧化法等进行废水处理过程中，需要投入的设备成本较高。湿式氧化法只能应用到小范围废水的处理中，针对一些高浓度的废水进行处理，如果废水的量过大很难应用该种处理技术，如果废水处理的温度较高则很难有效处理废水中的氯联苯等物质，处理效果较差，另外，湿式氧化法使用时会产生有毒物质。

3.5 电化学氧化法的研究进展

电化学氧化法应用在废水净化中，电极能够在废水中对有机物质进行分离和转化，达到降解的目的，使得废水处理更加有效。电化学氧化法的应用有直接氧化和间接氧化的形式。

直接氧化法通过在废水中放电，对有机物质进行电解分离，这是直接电解的过程。废水通过电解之后会发生氧化反应，使得有机物质进行分离和转化，这样废水就能够被净化，达到对有机物的有效降解，但是消耗的能量会升高。在进行电解时，需要借助辅助剂氯化钠完成电解过程，电解时会有氧化剂产生，使得废水中的有机物质被分离，这样就达到有效降解的目的，实现对废水的净化，阴极应用到废水的处理中，可以将废水中的重金属进行回收，达到对废水中可生化物质的提升。

间接电解是在废水的处理中将氧化还原物质作为催化剂进行应用，当废水中发生氧化反应之后，废水中的有机物质就会被分离和转化，达到降解的效果，污染物的毒性就会降低。在整个过程中会用到硫酸盐和氯酸盐，使得电化学反应之后有机物质能够进一步降解，实现水的净化处理。

电化学氧化法通常用于有毒生物的降解，其能够对废水中有机物进行有效处理，电化学氧化法在废水中的应用，会使废水中的有机物质直接与电极发生反应，有效达到对废水净化和处理的目的，处理后的水满足排放要求，废水得到进一步净化。电化学法可以单独使用，也可以与其它相关的高级氧化技术结合使用，实现对废水的有效处理，使得废水中生物的降解性提高。电化学氧化法目前主要应用在规模小的废水处理中，有着较好的处理效果，而且对运营成本能有效控制。电化学法对需要降解的有机物质有一定的选择性，还包含其它方面的特点：在氧化的过程中不需要添加其它物质，具有一定的消毒效果；对能量的利用率低，在低温的环境下也可以进行简单的设备操作，设备操作费用较低，能够进行自动化控制，而且不会产生二次污染，是目前一种环境友好型处理技术。

3.6 超临界水氧化法的应用研究

超临界水氧化法应用过程中，当超出了水的临界点温度和压力值之后就可以发生氧化反应，实现对废水中有机物质的进一步转化，将其进行分离，达到净化处理的效果。有相关的研究实验表明，超临界水氧化法目前在印染废水的处理中有较好的效果，处理效率可以达到99.8%，有效去除印染废水中的COD。有关的研究人员表明超临界水氧化法能够对垃圾中的渗滤液进行处理，效果也非常好，处理的效率达到99.6%。目前相关研究人员开始对超临界水氧化法的应用进一步研究，通过加入催化剂达到对废水的有效处理，该种技术对废水的处理能力更强，能够对废水中的有机物质进行有效降解，催化剂可以是通常使用的催化剂，也可以在其中加入复合催化剂，整个反应过程比较温和，而且在反应过程中减少了不良中间物质的产生，使得反应效果和催化效果更好[8]。研究结果表明，复合催化剂的催化活性比催化法稳定性更好。

结语

综上所述，高级氧化水处理技术比一般的水处理技术有更好的应用效果，而且在氧化反应过程中有较强的反应，不会产生二次污染。今后在对高级氧化技术应用的过程中，还需要加强深入研究，充分了解高级氧化技术对各种污染物的有效降解，进一步优化反应过程，研发出高效稳定的催化剂，使处理成本进一步降低，同时通过多种技术的联合使用达到有效互补，使废水处理效果更佳。