环境治理技术与光催化组合工艺的探究

唐晓剑

（吉林建筑大学市政与环境工程学院，吉林 长春 130118）

现阶段，光催化技术具有良好的降解能力，降解产物时，可以防止二次污染的出现，具有较强的实用性，同时，光催化技术在诸多工业处理中的作用也是十分显著的，如造纸废水、染料废水等，光催化技术可以大大提高制药废水、新型有机物等处理效果。但是在实际应用过程中，光催化氧化技术的回收难度性较高，在工业废水中，复杂有机物混合产生的悬浮物，难免会对光线的传播造成影响，从而使羟基自由基的产生效率有所降低，此外，在高浓度废水处理过程中，光催化氧化技术的安全性有待提升。基于此，要想取得良好的应用效果，应集中整合其他水处理技术与光催化技术，从不同水质特点出发，不断提高目标水体处理水平。

1.光催化和传统水处理技术的组合工艺

1.1 与膜分离技术的耦合

针对膜分离法，在对水中污染物进行分离和提纯过程中，对于组分的选择透过性、膜表面微孔的截留具有一定的依赖性，其应用领域主要包括医药、纺织、食品等。但是在膜技术推广过程中，膜污染这一影响因素不容忽视。

现如今，对于光催化与膜分离的组合工艺来说，作为新型化水处理技术之一，相关学者认为光催化复合分离膜，在水或空气中的持久性有机物的处理方面发挥着重要的作用，相比于传统的聚合膜，陶瓷超滤膜具有耐高温、稳定性等特点。相关学者通过对无机陶瓷膜分离技术耦合悬浮式光催化剂进行应用，甲基橙废水降解率接近100.00%。要想不断提高光催化剂分离回收效率，微波光催化-平板超滤膜分离耦合工艺深度处理活性艳红x-3B染料废水的设计，与普通中空纤维膜进行对比，PVDF超滤平板膜的膜孔径在0.1m以下，有助于提高催化剂的拦截水平，且流通量维持时间较长，从而防止膜污染的发生。

二氧化钛在掺杂改性以后，凭借光催化氧化与膜技术联合工艺，可以显著增强废水处理水平。相关学者通过N掺杂二氧化钛溶胶的制备，在处理黄连素污水时，加强对光催化氧化-陶瓷介孔膜耦合工艺的应用，继而大大提高降解黄连素的效率，截留率较高，并且可以实现对有机物和盐的有效分离目的。一般来说，一体式反应器中的TiO2悬浮浓度并不明显差异，从而使得膜污染严重程度愈发高涨，同时膜分离区，会明显降低光催化反应区体积，从而影响到其光催化处理废水效率。基于此，相关学者设计光催化氧化-有机膜分离三相流化床循环反应装置，并对其处理酸性红B废水进行深入分析，这不仅可以使酸性红B废水得到有效降解，而且具有大规模适用的性质特点。

光催化技术与膜分离技术的耦合，其协同效果显著，具有使膜污染问题有所好转的目的，将膜的使用寿命延长开来，同时彻底分离中间产物与反应底物，不断提高水质改善效果，且确保光催化效率的稳步提升，从而进一步强化废水降解水平。但是，作为新型化废水处理方法之一，该技术仅仅处于起步探索阶段，应加强光催化剂的开发，合理选择各种膜材料。

1.2 与化学氧化剂联用

在水处理工艺中，化学氧化法得到了广泛应用，主要借助于投加化学氧化剂，以此来不断提高污染物氧化降解效率，同时消毒作用也是十分突出的。但是，化学氧化剂具有高昂的成本，且氧化电位的限制性明显，一些化学氧化剂的水体净化效率并不高。目前，氧化剂与光催化组合工艺，已经成为社会大众共同关注的焦点话题之一。在制药废水、造纸废水等处理过程中，臭氧与光催化联合技术具有较强的应用优势。基于本质视角，臭氧作为消毒剂之一，通过复合应用于紫外辐射，在其分解加速过程中，所生成的·OH较多，从而给予灭活效率一定的保障，将灭活时间控制在合理范围内。由于臭氧与光催化的复合作用凸显，在水处理中扮演着重要的角色，臭氧协同光催化氧化对不同类型废水的降解情况如表1所示：

表1

分析光催化协同臭氧氧化废水的作用机理：光催化臭氧，所产生的高活性氧化剂较多，且化合物的结构，深刻影响着联用工艺降解效率。在诸多氧化剂中，臭氧比较常见，相关研究了解到，H2O2可以有效协同促进光催化。相关学者在选取污染物时，侧重于十二烷基苯磺酸钠（DBS）和α烯基磺酸钠 （AOS），UV/H2O2处理方式也得到了广泛应用，旨在对其降解效果进行深入分析。由结果可知，在反应二十分钟以后，十二烷基苯磺酸钠的降解效率为96.00%，α烯基磺酸钠的降解效率为93.00%。DBS初始浓度、H2O2投加量，深刻影响着具体的反应，pH适用范围最低为4，最高为10。

但是在抗生素废水降解过程中，H2O2协同光催化氧化工艺的处理水平较低。相关学者在布洛芬的降解情况研究中，对H2O2或K2S2O8光催化降解系统展开对比，通过两种氧化剂的添加，BiVO4光催化降解布洛芬的效率较高。

在污染物的反应过程中，光催化和化学氧化剂耦合处理，可以将自由基的强氧化作用充分发挥出来，不断提高废水降解水平，但是生产臭氧所需高昂的成本，且在废水处理时，二次污染物的出现是难以避免的。

1.3 与生物技术的联用

对于生物法来说，主要是指在对水中污染物进行吸附、溶解以及分解过程中，主要借助于微生物来进行。在传统的生物法中，活性污泥法和生物膜法比较常见。一般来说，生物菌体的絮凝与吸附作用，很难提高染料降解效率，仅仅适用于表面去除。而生物降解氧化还原反应，会使染料分子的结构化学变化变得比较凸显，以此来对污染物实现降解，也就是生物化学法。但是，在印染废水中，各有机物反应的复杂程度较高，有毒性的中间产物经常产生，使传统的相关工艺难以对偶氮染料进行降解处理，如厌氧及好氧一厌氧联用等，降解效果较低的出水往往无法提高排放水平。

在降解难度性较高的有机物处理过程中，高级氧化具有预处理的作用，然后借助生物处理法来提高处理效果，并将运行成本控制在合理范围内。相关学者在4—氯酚废水处理时，广泛应用固定床生物反应器和三相内循环式流化床光反应器耦合，在多级耦合系统中，光催化预处理与生物处理的协同作用显著，进一步强化多级耦合处理水平。

2.光催化和其他高级氧化处理技术的耦合

2.1 光催化氧化技术与超声技术

就目前而言，在超声技术不断发展过程中，超声辐照降解水中污染物与光催化氧化比较类似，对于产生自由基的历程，所以两者的联合，其协同效应更为突出。超声与光催化联合技术，在降解有机物方面的协同效应不容忽视，其中，超声波的作用凸显：如声空化气泡，对于传质活动具有一定的促进作用，从而为光催化效率的提升创造条件。

在有色染料处理过程中，光催化氧化技术与超声波技术联用工艺具有较强的适用性。相关学者在降解低浓度甲基橙溶液时，光催化氧化结合超声分散法扮演着重要角色，而且超声强度和催化剂剂量等在反应中起到的影响也得到了深入研究，结果了解到，相比于单一使用光催化氧化法，联合法使甲基橙溶液的脱色率提升迅速。分析其原因，主要是因为两种技术在联合使用后，催化剂粒子得到些许分散，从而形成对催化剂颗粒团聚的预防作用。

相关学者通过对循环式超声协同光催化反应器的设计，在反应两个半小时以后，双酚A降解率在90.00%左右，在反应4个小时以后，TOC去除率为84.00%。相关学者以玉米淀粉废水滤液展开实验，超声与光催化联合工艺的应用，超声反应时间为一个半小时，在加入700 m g／L催化剂时，COD降解率在90.00%以上。除此之外，在微生物领域中，联合使用超声与纳米二氧化钛光催化技术，对于增强杀菌效果具有极大的帮助，且协同作用显著。通过研究可知，超声与光催化凭借良好的协同作用，可以对降解难度性较高的有机物结构予以破坏，从而将有机物的降解效率提升上来。

2.2 光催化氧化与电化学

一般来说，电化学氧化法、电絮凝、电浮选等为电化学水处理技术的重要构成内容。其中，应用最为广泛的莫过于电化学氧化工艺。电化学氧化技术，在产生强氧化剂这一过程中，主要借助于电荷在电极与溶液界面的传递反应来进行，并实现向羟基自由基的顺利转化，其具有较强的氧化能力，从而使降解难度性较强的有机物得到迅速降解。对整个过程反应条件进行分析，其温和特点较强，外加氧化还原剂无须添加，有效防止二次污染问题的产生，且反应过程的可控制性凸显，自动化运行管理效率较高。但电极材料的电流效率处于较为低下的水平，需要投入高昂的耗电成本，所以在实际生产及工业应用中并不适用。

2.3 光催化氧化与Fenton

Fenton氧化法，其运行环境为酸性条件，亚铁离子在与H2O2反应后，会促使强氧化的·OH的出现。在两者协同作用后，对于废水中的难生物降解有机污染物的降解有着很大的帮助。相关学者以硝基苯酚展开实验，积极运用光催化与Fenton联合工艺，在反应4小时以后，硝基苯酚降解率接近100.00%。相关学者基于紫外光催化作用，分析Fenton试剂在活性艳蓝X—BR的投入情况，在反应1个小时以后，染料降解效率较高，且染料降解效率与光照强度成正比。在工业废水处理过程中，开启紫外灯应在投入 Fenton试剂反应后进行。

光催化氧化协同Fenton工艺，具有温和的反应条件，且成本低廉，但是在一系列因素的影响下，如温度、时间等，反应的稳定性不足。所以在反应条件的控制等方面，其研究力度需要不断强化。

3.光催化技术与其他技术的联用

相关学者选取十溴联苯醚，与单独使用铁碳微电解光催化耦合Fenton氧化法相比，在反应1个小时以后，铁碳微电解光催化耦合Fenton氧化法联合工艺，可以迅速降解十溴联苯醚，降解率在95.00%左右。相关学者在处理电镀废水过程中，物化光-催化膜-分离联合工艺的应用，COD降解率至少为90%。在降解苯并三氮唑（BTA ）时，相关学者对超声光催化-H2O2联合工艺展开对比、研究，与单独处理工艺相比，两种联合工艺在BTA的降解效果方面的作用更为良好，但是超声-光催化-Fenton联合工艺有着不可比拟的价值，与出水标准相一致。3种工艺的联合，可以大大提高污水处理效率，但是在诸多选择工艺的影响下，废水处理操作具有较高的复杂性特点，反应过程的控制难度性较强。

4.结束语

综上所述，环境治理技术与光催化组合工艺具有较强的联合应用优势，广泛应用于水处理领域，但是组合工艺在工业等领域应用的研究仍然需要不断展开。基于此，应加强新型技术的探索，确保光催化氧化体系产生的自由基更多，充分彰显其强氧化能力；其次，加强光催化反应器的优化、改进，既要发挥出成本低廉等优势，也要对新型反应器进行不断探索、研究，更加适用于实际水处理。