高级氧化技术在水处理中的研究与应用

张艳霞 谢红光 郭文珂

( 河南省开封市供水总公司 水质监测站，河南 开封 475001)

1 高级氧化工艺简介

高级氧化工艺的特点

①反应过程中产生大量活泼的羟基自由基(·OH)，其氧化能力(2.80V)非常高。②·OH 对污染物的选择性低，可直接与污染物反应或与中间产物反应。③AOP 是一种物理—化学处理过程，反应容易控制。④该工艺既可单独处理，又可与其他处理工艺联合处理污水。

2 几种高级氧化技术

2.1 Fenton 法与类Fenton 法

1894年，法国科学家Fenton H J 发现，酸性水溶液中Fe2+和H2O2共存时，可以有效地将酒石酸氧化。因此将Fe2+/H2O2组合体系命名为Fenton 试剂，该方法称为Fenton 法。Fenton 反应产生·OH 的机理描述如下［1］:

Fe2++H2O2→Fe3++·OH+OH－k=51M－1s－1

·OH 不稳定，当溶液中不含其他反应物时，它可以同Fe2+反应生成更多Fe3+和OH－:Fe2++·OH→Fe3++OH－当溶液中有有机物存在时，·OH 可以从有机物中提取氢原子，形成有机基(R·):·OH+RH→R·+H2O R·+H2O2→R－OH+HO·

Fenton 类氧化技术氧化能力强、操作简单，既可作为单独处理技术应用，也可与其他技术联合使用。但该法处理费用高，H2O2利用率低，过量的Fe2+也会增大处理后污水的COD而产生二次污染。

2.2 臭氧氧化法

臭氧(O3)是一种强氧化剂在水溶液中自发分解成含氧自由基但直接氧化速率低，且选择性较高。而在碱性体系中OH－的存在会加速O3的分解，产生·OH 加速反应过程［2］。同时降解有机物的机理也得到了深入研究。机理可分为两种:直接反应(臭氧直接同有机物反应)和间接反应(臭氧分解产生·OH，可与有机物反应)。在水中O3生成·OH 主要有3种途径:在碱性条件下，在紫外光(O3/UV)作用下以及在金属催化下［3］。单独使用臭氧处理废水存在O3利用率低、氧化能力不足及O3含量低等问题，对某些有机物处理效果不是很好。为此提出了相关组合工艺，具体方法包括O3/催化剂、O3/UV、O3/H2O2、O3/UV/H2O2及O3/超声波等技术，这些氧化技术可使臭氧在水处理过程中发挥更大的作用，将水中有机物尽可能地氧化降解。

2.3 超临界水氧化法

(1)应用范围广，几乎对所有有机污染物均可进行氧化分解。

(2)在超临界水中，氧化剂有机物和水形成均一相，传质速率快，氧化效率高，反应迅速彻底。

(3)有机物氧化释放出的反应热可以维持反应所需的热量。

(4)反应在密闭容器中进行，不会给环境带来二次污染。

(5)反应器结构简单，使用较小体积的反应器就可以处理较大流量的有机污染物。

2.4 湿式氧化法

湿式氧化法是指在高温(125－ 320℃)、高压(0.5－10Mpa)下利用氧气或空气(或其他氧化剂如O3，H2O2等)氧化水中溶解态、悬浮态的有机物及还原态的无机物，使之生成CO2和H2O 的一种处理方法。

该方法需要耐高温高压，耐腐蚀的设备，因此一次性投资较大，这也限制了它的大规模工业化应用。

2.5 超声降解法

超声氧化法是利用超声波辐射溶液，使溶液产生高温高压，并生成局部高浓度氧化物·OH 和H2O2，快速降解有机污染物。

单独超声氧化技术虽能去除水中有机污染物，但其单独处理成本高，对TOC 去除不彻底，因此常与其他高级氧化技术联用。

3 各高级氧化技术的综合比较

虽然高级氧化技术在去除有机污染物方面比其他技术更好，但各种高级氧化技术之间也存在差异，下面就各种高级氧化技术的优缺点和适用范围进行比较。

Fenton 氧化法反应条件温和，设备简单，费用低，但氧化能力差，出水水质差，适用于工业废水处理和低浓度少量废水处理。臭氧氧化法氧化能力高，无二次污染，但设备复杂，产率低，并且有机物降解不彻底。适用于工业，造纸，印染等废水的处理。超临界水氧化技术反应速率快，降解率高，但反应条件高，运行成本高。仅适应于高浓度，小流量有毒废水处理。湿式氧化法适用范围广，处理效果好，但反应温度和压力高，对设备要求高，仅适应于高浓度小流量工业废水处理。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。

4 结语

与传统废水处理技术相比较，高级氧化技术具有常规方法无法比拟的优点，如适用范围广、反应速率快，污染小等特点。因此成为水处理领域研究的热点。但目前多种高级氧化技术还未成熟应用到实际处理中，存在处理成本高很难工业化等特点。因此，深入研究、提高处理效率、降低处理成本，并使各种技术联合使用，使其互补不足成为了今后重要的研究方向。

［1］Pigllatello J J.Dark and Photoassisted Fe2+Cataalyzed degradation of Chlorophenoxy Heerbicides by Hydrogen Peroxide［J］.Environ.Sci.Technology，1992，26(12) :944.

［2］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 超临界水氧化

［3］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.

［4］刘欣.超临界水氧化法在水处理中的应用［J］.化工文摘，2007(1) :55－58.