高级氧化技术在水处理中的应用

张文福

【摘要】概述了高级氧化技术的定义、发展历史和特点，介绍了光催化氧化技术、臭氧技术和超临界水氧化技术等典型高级氧化技术的原理及其在水处理中的应用进展情况。总结了高级氧化技术发展现狀，提出了存在的问题，并对其今后发展提出展望。

【关键词】高级氧化技术  废水处理  光催化  臭氧化

一、概述

（一）高级氧化技术的定义

高级氧化技术定义为可产生大量的·OH自由基过程，利用高活性自由基进攻大分子有机物并与之反应，从而破坏油剂分子结构达到氧化去除有机物的目的，实现高效的氧化处理。

（二）高级氧化技术的特点

高级氧化法具有以下特点：

（1）形成有机物的自身氧化，从而使有机物得以降解，这是各类氧化剂单独使用都不能做到的。

（2）反应速度快，多数有机物与羟基自由基的氧化速率常数可达106～9M-1S-1。

（3）不会产生二次污染。

（4）反应条件温和，通常对温度和压力无要求，很容易加以控制。

（5）它既可作为单独处理，又可以与其它处理过程相匹配，可降低处理成本。

（6）操作简单，易于设备化管理。

二、光催化氧化技术

（一）光催化氧化技术的原理

光催化氧化技术的原理是利用光照射催化剂（一般为TiO2）产生导带电子（e–）和价带空穴（h+），进而对污染物进行氧化降解。其中光生电子具有强的还原性，而空穴则通过夺取催化剂表面吸附的HO23–、OH–、有机物（RH）等物质的电子发生一系列反应，生成羟基自由基·OH。·OH的氧化能力仅次于氟，其氧化作用几乎无选择性，可以氧化包括微生物难降解化合物在内的众多有机物，使之完全矿化。

（二）光催化技术与其他技术结合的应用

（1）光催化与氧化剂组合。氧化剂与光催化组合反应降解环境中的污染物首先引起了人们的关注，人们在这方面进行了大量进而对污染物进行氧化降解。其中光生电子具有较探讨并取得了良好的效果。大量的研究表明H2O2对光催化降解有较大的促进作用。

（2）生物法强化光催化。生化工艺强化光催化氧化在废水进行进一步深度处理上取得了很好效果，特别是处理那些对微生物有毒的物质，光催化氧化与生物技术组合更显示出强的优点。光催化氧化和生物氧化对污染物有去除作用，光催化法对色度的去除作用和生物氧化法对溶液COD 的去除作用分别显示出各自的优势，因此光催化法和生物氧化法的组合可以起到互补的优势。

三、臭氧技术

（一）臭氧技术的原理

O3对水质的净化消毒作用主要是基于O3本身及其溶解于水后产生的二次产物羟基、原子态氧以及过氧化氢等的强氧化作用实现的，其中主要是臭氧和羟基起作用。臭氧的分解过程是一个自由基连锁反应，在这个连锁反应中，羟基的氧化能力比臭氧还强。臭氧技术在处理水上并非臭氧单独来完成的，主要是与溶液中的金属离子或者固态金属和金属氧化物共同来完成的。利用溶液中金属（离子）的均相催化臭氧化和固态金属、金属氧化物或负载在载体上金属或金属氧化物的非均相催化臭氧化。

（二）臭氧技术在水处理中的应用

（1）饮用水的净化。臭氧用于净水工艺已有悠久历史，几乎与最常用的氯同时开始被采用。早在1902年，德国就建立了世界上第一座用臭氧处理水质的大规模水厂。到1977年世界上至少有1036座应用臭氧处理的水厂。由于经济发展水平有限，目前我国仅一些大城市的自来水厂如深圳东胡水厂北京田村山水厂、上海周家渡等已使用臭氧处理工艺。对一些顽强的病毒和芽孢，臭氧的灭活作用远高于氯。

（2）工业废水处理。目前在水处理中，臭氧主要用于废水的三级处理以及受有机物污染水源的给水处理。采用臭氧氧化法不仅可以有效地去除水中的有机物，而且反应速度快，设备体积小。其次，废水中所含的某些有机物，如表面活性剂（ABS）等，微生物无法将其分解，而臭氧却很容易氧化分解这些物质。此外，臭氧还是一种有效的消毒剂，杀菌效果好、速度快，而且对消灭病毒也很有效。

四、超临界水氧化—一种新兴的高级氧化技术

超临界水氧化法具有反应速度快、处理效率高，对难分解有机物的处理具有独特的效果，并且不产生二次污染等优点，但它也存在一定问题，由于该技术属于高温高压技术，因此，对设备性能要求高、投资大。

目前，超临界水氧化法作为一种新兴的废水处理技术，在处理高浓度有毒有害废水方面具有其他传统的处理方法不可替代的优势，但是我国在这方面的研究还有待加强，针对以上存在的问题提出以下建议：

（1）开展目前较少涉及的盐的形成和沉淀动力学方面的研究。

（2）深入开展超临界水氧化法系统设备材料的腐蚀损伤机理研究。

（3）进行有效的超临界水氧化法系统在线检测和监控技术开发。

（4）发展耐腐蚀耐高温高压的新材料：如不锈钢、镍基高温合金、钛及钛合金、铂及铂合金以及陶瓷等。

（5）在热能回收利用方面展开热力学研究。

五、结论

高级氧化技术是20世纪80年代开始形成的处理有毒污染物的技术。然而，由于成本相对低廉，而且可以应用于大规模废水处理场合的生物处理方法对这类有机物处理效果不佳，因此寻求对这类有机物的高效处理方法成为当前水处理研究的重要课题。

随着世界各国对环境的保护工作日益加强，高级氧化技术的发展与应用正在迅速的发展起来。虽然高级氧化方法在应用上还存在许多问题，但同传统的水处理方法相比，高级氧化技术也有着其它方法无法比拟的优势。因此高级氧化方法在水处理中的应用日益广泛。

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