化工厂废水化学氧化处理法研究进展

＊孔令福

（山东玉皇化工有限公司 山东 274000）

引言

水资源不仅仅是限制我国经济发展的重要问题之一，同时也影响到了我国的环境发展，水生态退化以及水环境污染、水资源供需问题等。当前需要对各类废水资源进行处理再利用。在化工企业中，生产会产生大量、不同的污水，其中随水流失的工业生产用料、中间产物、副产品等相对较多。特别是在工业废水中所蕴含的成分十分复杂，化工污水的一个特点之一就是水质和水量会由于不同的生产方式，生产工艺等进而带来较大差异。特别是在化肥化工领域，其含有大量的硫化物、悬浮物等等，而不同的化工污水所展现的材料也不同，这些不同的化工污水需要利用不同的方式进行处理，才能够提高处理效果，这一特点导致化工企业在进行污水处理过程中面临着极大的困难。

1.电化学氧化技术

电化学处理技术是指在整个体系中向外施加电场，进而使得电荷可以在电场中进行定向移动，这是利用物理化学反应除去废水中的有毒、有害污染物质。近几年在使用电化学对化工厂的废水进行处理过程中，常见的技术包括电气浮法、电渗析法以及电化学氧化法等等。其中电化学氧化法则是最为重要，这是使用频率最高的一种方法。由于电化学氧化法在使用过程中反应装置相对简单并且自动化极强，设备出水效果比较好，在整体运行时所需要消耗的费用较低，这些都使得电化学氧化处理方法受到了很多化工厂的喜爱。在进行电化学氧化处理过程中，首先要考虑到两种不同的处理方式，分别是直接氧化法和间接氧化法，直接氧化法是指在整个电化学体系中的活性氧化物直接参与到整体降解的过程，其中包括了吸附性强的羟基自由基与电极表面之间存在的相互作用，进而使得将电极分为非活性以及活性电极两种。由于活性电机处于吸氧电位低的状态，能够大量地吸附清洁自由基和高价氧化物，通过氧化反应能够有效地去除有机污染物。而非活性阳极，则可以将本身表面没有活性位点或者是活性位点较低的羟基自由基进行结合，进而增强其物理吸附能力。在整个吸附过程中，其吸附原理如下：

间接氧化则是利用电极反应所产生的强氧化性，进而获得中间物质。中间物质与化工厂废水中存在的污染物进行反应，以此有效地强化降解污染物。值得注意的是在整个间接氧化过程中，氧化剂不仅仅包括了中间介质，还包括阳极的直接氧化，会产生（·OH）等不同的物质。在进行污染物的去除过程中，其去除效率会不断增加。在使用间接氧化过程中，可以将其分为三种不同的演化方式：

第一种是利用活性氯、过硫酸盐、过磷酸盐等氧化剂进行作用。有机物与氧化剂发生强烈的氧化反应，进而实现对有机物的有效降解，而氧化剂可以在溶液中与氯离子和硫酸根离子进行反应，其反应原理如下：

第二种则是利用可逆氧化地还原电，对间接氧化物的有机物进行反应。这种方式所利用的原理主要是金属离子在阴极会从非常稳定的氧化状态，渐渐反应成高价状态，从而实现对所有有机污染物的氧化降解。

第三组种则是外加离子，构建电芬顿体系。电芬顿体系在废水处理中具有电化学氧化性质，其氧化性极强。特别是在纯氧或者是空气爆气条件下，能够生成电极反应，并且可以更好地处理废水中存在的大量铁渣，避免副反应出现。

在处理过程中，处理原理为：

电化学氧化法相比于其他的氧化处理方式而言，其具有更强的氧化还原能力。与此同时，电化学氧化法还具有以下几点优势：消耗的化学试剂相对较少，其能够应用在生产不同化工产品的化工厂，整体适应性非常强，对于有机物在处理过程中需处理效率非常高，并且电化学氧化法中间产物处于无毒无害状态，并不会产生二次污染，这也使得电化学氧化法成为了当前常见的方法，并且受到了很多化工厂管理者的喜爱。

2.湿式氧化法

在化工厂废水处理中选择湿式空气氧化法，其主要用来处理化工厂中本身浓度较高的有机废物，对难以用生物降解的高浓度废水处理效果相对较好，但是在使用湿式空气氧化法的过程中，需要确保一定要在高压、高温下进行，其对整体的设备要求非常高，这种方法适用于小流量、高浓度的污染。在氧化过程中还会有中间产物，部分中间产物属于有毒物质，需要二次处理。催化湿式氧化法是基于传统的氧化方法发展而来，在整个氧化过程中需要使用大量的催化剂，例如铁、铜、镍等等。

通过催化剂的使用能够降低氧化温度及氧化压力，可以在相对较温和的条件下对化工厂的污水进行处理，加入氧化剂也能够有效地缩短在废水处理过程中所消耗的时间，同时实现降低设备投资，提高维护管理质量，降低维护费用。目前催化湿式氧化法主要应用在高浓度的有机物污水处理中。

湿式氧化法处理中还包括了超临界水氧化法，这是利用超临界水作为一种独特的介质来实现对有机物的分解和氧化，在使用超临界水氧化法时，需要考虑到其温度和压力都需要上升到水的临界点，即温度应大于374℃，而压力则需要大于22.05MPa，在这种状态下无论是水的密度、粘度、电导率以及扩散系数、溶解能力等均与常态化的水有着非常大的区别。在这种状况下的水处是一种非常好的溶剂，其可以将有机物、空气形成任意比例的体系，在该体系中无论是传输速率或者是传质速度都非常快，能够在最短的时间内直接将有机物进行分解成为小分子化合物，二氧化碳以及H2O，这就是湿式氧化法的一种延伸。在超临界水中进行氧化反应，其氧化原理如下：

在使用超临界水氧化时，需要明确其技术优势：反应器相对较小并且整体结构简单，所需要消耗的时间较短，并且使用范围广并不需要提供外界供热，同时在使用过程中也不会产生二次污染，是当前化工厂进行废水化学氧化处理工程常用的氧化方式之一。

3.臭氧氧化法

近几年，在化工厂废水处理过程中，臭氧氧化法方式处理效果得到了提升，可谓是取得了极为良好的成效，这是由于臭氧在水中会呈现分解的状态，进而产生氧原子和氧气以及一系列的自由基，其中具体的反应式如下：

如果化工厂废水中存在碱性介质，那么利用臭氧氧化法处理效果更快，这是由于在化工厂废水中，其O3分解产生自由基的速度很快，其反应的原理如下所示：

在上述的反应，化工厂废水中会生成·OH，其整体非常的活泼。化工厂废水中其有机物的氧化过程十分的复杂，其存在着臭氧的直接氧化反应，同时在整个反应的过程中，也会产生非常明显的自由基，进而呈现氧化反应。臭氧在单独氧化的过程中，其对目标中含有的有机物降解十分有限，并且在反应过程中会与某些烯烃、酚类以及一些取代的芳香族化合物进行反应。在大量的反应实践中分析得出，臭氧单独在水中产生的自由基的量很少，在大多数情况下，其反应为臭氧与有机物的直接反应。为此，使用臭氧氧化法处理化工厂废水与其他结构相对复杂，大部分情况下，有机物很难进行反应，这使得臭氧直接氧化，废水中会出现有机物具有一定的局限性这一问题。大量的研究表明，化工厂废水难以使目标有机污染物完全实现降解，一般会产生各种中间体。在当前利用臭氧氧化法处理化工厂废水，常见的工艺包括了O3/UV工艺和O3/H2O2工艺。

O3/UV工艺之所以被广泛地应用，主要原因是在处理化工厂废水中，使用紫外线技术能够有效对废水进行杀菌处理，不仅如此这一项工艺的另一个优势就是作用速度较快，获得的结果较好。O3/UV工艺的氧化机理为，通过紫外线的照射，水中会出现大量的溶解氧，并会产生大量的超氧负离子(O2-)、·OH以及H2O2等一系列本身处在激发态的物质。这些离子的出现能够破坏化工厂废水中存在的各类不同有机物，特别是大分子有机物，会逐渐变成小分子物质，通过这种方式实现有效降解。将O3和UV组合工艺应用在化工厂废水处理中，其形成的是一种臭氧高级氧化技术。即在紫外线的作用下，臭氧会产生·OH，·OH能够去除化工厂废水中的有机污染物。

O3和UV组合工艺在20世纪70年代就被应用在化工厂废水中，并且可以处理水中含有的有毒性有机物、难以生物降解的有机物。O3和UV组合工艺也可以被应用在城市污水的处理中，在化工厂废水中能够实现90%的DOC的去除率，相比于单独的臭氧处理DOC，其去除率有着明显的提高，由此可见O3和UV组合工艺比起臭氧单独养化效果更好。

分析O3和UV组合工艺的协同机理发现，其主要是通过两种方式对化工厂废水进行处理，第一是利用臭氧分析在紫外线的照射下与污水进行反应，进而生成过氧化氢，过氧化氢会进一步的在水中反应，进而分解出·OH。第二是在紫外线下的臭氧会分解出氧原子，而氧原子与化工厂废水进行反应会直接生成·OH。在整个反应的过程中，第一阶段是利用光对H2O2的分解，这也是产生·OH的主要方式。第二个阶段则是·OH直接进入到自由基循环反应中，水中存在的大量有机物会参与·OH的循环反应，并且产生具有强催化作用的·O2-在这一阶段同样会产生一定量的·OH，其主要是·O2-催化臭氧分解而产生的。

通过大量的实践进行分析，能发现O3和UV组合工艺在进行化工厂废水处理中，由于臭氧和紫外线具有极强的协同作用，能够对化工厂废水进行有效的处理，并且可以实现处理多种不同水体污染物这一目的，其处理效果较好，在当前的化工废水领域中具有非常好的应用前景。在臭氧氧化过程中，O3/H2O2体系是另一种臭氧高级氧化方法，使用这种方式同样能提高化工厂废水处理效果，这是由于在O3/H2O2体系中，不仅自身能起到良好的氧化作用，同时在反应的过程中，还能促进·OH的引发剂产生。并且在实际应用的过程中发现，臭氧氧化法的优势为H2O2的价格不高，各类不同的化工厂均可以实现规模化的投入使用。当前O3/H2O2组合工艺在化工废水处理方面有着较高的使用价值，可用于大部分的化工废水处理。

4.未来展望

在当前的化工厂废水处理过程中，选择上述的氧化处理方式均能提高处理效果，但是具体的方式选择应根据不同地区的实际需求以及污水中存在的化合物进行确定，其中电化学氧化法作为一种全新的、绿色的、清洁的废水处理工艺是当前研究中的重点内容，并且随着人们对环境问题的日益重视，以及我国政府近几年对环境标准要求而渐渐的提高，成为了行业中重点研究对象，受到了更多人员的关注，但是该方法仍旧处于实验阶段，当前无法实现大规模的推广，这是由于在跟踪检测过程中无法实现完全跟踪，或者是电极价格消耗较大等，有待提高其整体应用质量。在未来的发展中，需要不断降低操作费用，减少操作难度，提高处理效率。而其他的氧化方式也可以从催化剂的角度出发，研究高效的氧化催化剂以促进工业废水中有机污染物的降解。

5.结语

综上所述，在化工企业中其不仅消耗了大量水资源，同时产生大量污染，需要针对不同的化工实际需求选择不同的工艺方式，做好化工厂废水处理，保护生态环境，降低经济消耗，有效地缓解水资源短缺这一问题，尽可能体现出企业价值，落实企业责任，实现节水降耗这一目标，真正地提高我国经济发展的整体效益，并且实现化工企业的可持续发展，为我国工业发展做贡献。