有机污染物降解方法研究

宋小伟

（天水市生态环境局秦安分局，甘肃 天水 741600）

引言

随着经济社会的不断发展，城市化规模不断扩大，人类对水资源的利用率和需求不断提升，污水的排放量也随之迅速增加，使各类水体的污染不断加重，生物多样性遭到了严重的影响。目前的水体污染物中，有机污染物污染突出性高，分布广泛、种类多、成分复杂，治理起来也最为繁琐，特别是在水质中存量少的有机污染物，对环境的影响大，但常规的膜分离、生物降解、吸附等净化方案效率低、成本高，无法取得有效的治理效果，无法满足现代化的水体污染治理需求。

随着污水净化技术的不断进步，本文提出了一种新的有机污染物降解方案，其采用高级氧化原理，能够将有机物进行降解并转换为小分子物质，从而降低了有机污染物质对微生物的抑制性，提高了微生物对有机污染和的降解效率。高级氧化的核心是通过超级氧化剂来对有机物进行降解，而对不同的污染物有针对性的强氧化剂，目前对各类强氧化降解方法未进行统一的分析，导致在实际应用中存在较大的不规范性，不仅降低了对污染物的祛除效果，而且容易造成水体的二次污染。因此对各种强氧化降解方案进行了分析，对其应用原理和特点进行讲解，为规范水体有机物降解方法，提高水体污染治理效率提供了理论参考，提升水体内的有机污染物降解效果具有十分重要的意义。

1 芬顿氧化法

芬顿氧化法是以芬顿试剂为强氧化剂来实现对水体中有机污染物分解的方法，芬顿试剂[1]是一种由过氧化氢和亚铁盐按照一定比例混合、反应而成的试剂。芬顿氧化法在应用时候是将芬顿试剂添加到需要净化的污水内，然后芬顿试剂进行分解生产过氧化氢基团，过氧化氢基团能够和水体内的有机物结合，对其进行降解。

芬顿氧化法的优点在于其氧化特性极强，基本上能够对所有的有机污染物进行降解，效率高、净化较为彻底，设备投入少，但其缺点是对使用环境条件要求较为苛刻，在弱酸性的环境中降解效果好，但在碱性环境中的降解效果会大打折扣。同时净化成本高，在使用过程中会产生大量的含有铁元素的污泥，处理难度大，会进一步造成水体的二次污染，因此主要应用在弱酸性且污泥较少的水体内。

2 类芬顿氧化法

为了解决芬顿氧化法在碱性环境中使用效果差、易造成二次污染的不足，研究人员提出了一种类芬顿氧化体系，该体系主要是过氧化氢+氧化铁体系、Nafion-Fe/H2O2体系以及特殊非均相芬顿氧化体系，其在保留了芬顿净化体系的优势基础上较好的解决了芬顿体系处理污染物所存在的应用环境受限、存在二次污染的不足。

过氧化氢+氧化铁体系，主要是利用氧化铁矿物质和过氧化氢混合后会发生类芬顿反应，其化学产物能够破坏水体内的有机物的氧化官能团，使有机会发生分解，从而达到净化水体的目的。氧化铁在自然环境中的存在较为广泛，而且由于其自带磁性，因此在反应结束后能够在外加电场的作用下快速的实现分离物的沉淀，便于净化。而且铁氧化物的比表面积大、催化性强、成本低，主要应用在碱性水环境中，成本低、净化效率高。

Nafion-Fe/H2O2体系[2]，该体系主要是利用Nafion和铁离子之间的离子交换作用将铁离子固化，能够在对水体内的有机物进行降解的同时固化游离在水体中的铁离子，降低芬顿氧化过程中铁离子过多沉淀在污泥中而导致的水体二次污染。该净化体系的缺点在于净化价格高，因此主要用在小范围的水体净化过程中，污染大范围的推广应用。

特殊非均相芬顿氧化体系，该体系主要是指一些特殊的能适应不同pH 环境的化合物，其中具有代表性的为UV/预磁化Fe/H2O2体系，根据实际验证，采用该体系，能够在20 min 内将水中的磺胺二甲嘧啶完全消除，其净化效率为传统氧化物的1.6 倍。同时该非均相芬顿氧化体系具有极强的矿化能力，能够有效的除去水体中的各类抗生素，成本低、效率高。

3 臭氧催化工艺

臭氧催化体系，是利用臭氧来对水体中的有机污染物进行分解的一种方案[3]，具有环境友好型的特点，其能够直接对水体中的有机污染物进行降解，同时在催化剂的作用下与水反应，生产氢氧化基，进一步提升对有机污染物的分离效果。

在实际应用过程中，采用臭氧催化工艺能够同时降低有机污染物的抗氧化能力，进一步提升对有机污染物的降解效果，但由于臭氧催化无法完全使有机污染物矿化，一般无法彻底清除水体中的有机污染物，一般需要和其他的降解工艺相配合才能达到比较好的祛除效果。目前比较常见的是利用磁性离子交换树脂吸附和臭氧相结合的方式，先有臭氧对有机污染物进行催化降解，然后再利用磁性离子交换树脂对水体中剩余的污染物和分解离子进行吸附，根据实际验证当臭氧的质量浓度为8 mg/L、磁性离子交换水质的量为7.8 mL/L 的情况下具有最佳的有机物降解效果。

由于臭氧催化体系难以进行单独净化使用，在和磁性离子交换树脂[4]配合使用时难以根据水体环境进行精确配比，因此实际应用效果不佳，主要应用在水体的深处理阶段，能够有效降低成本提高净化的效率和可靠性。

4 电化学催化氧化

电化学催化氧化，是将污染水体内通入特点的电流，从而将有机物进行氧化和转化的一种处理方案。电化学催化氧化方案主要包括了直接氧化和间接氧化两种模式，一般情况下两种模式时并行存在的。当在进行直接氧化的过程中，污水中的有机物能与水中的阳极离子反应失去电子，从而形成小分子类的化合物。而在间接氧化的过程中，水体内的阴离子和阳离子相互结合，形成一种具有极强氧化能力的中间离子[5]，在中间离子的作用下能够提升对有机污染物的降解效果。

目前，科学家开发了一种已双功能电催化过滤器作为阳极反应和分离介质，实现从污染水体内祛除各类难溶解性的有机物。通过实际验证，采用电化学催化法时，能够快速的对水体内的污染物进行降解，同时通过特定的电流离子，使分解后的污染物进行聚集，形成大颗粒沉淀物，在电催化器附近设置过滤筛，能够快速对收集水体中形成的污染物颗粒。该方案具有祛除效果好、成本低的优点，目前主要的缺陷是控制电流难以稳定输出，导致实际降解效果较低。

5 结论

针对目前水环境中有机污染物类别多、水体污染严重、祛除困难的现状，对多种水体污染物降解方法进行了分析，对芬顿氧化法、类芬顿氧化法、臭氧催化、电化学催化的原理和应用情况特性进行了分析，结果表明：

1）芬顿氧化法效率高、净化较为彻底，设备投入少，但净化成本高，会进一步造成水体的二次污染，因此主要应用在弱酸性且污泥较少的水体内。

2）类芬顿氧化法，在保留芬顿氧化法的优点的同时，解决了芬顿氧化法的不足，但需要针对不同的有机污染物进行针对性的降解。

3）臭氧催化体系难以进行单独净化使用，主要应用在水体的深处理阶段，能够有效降低成本提高净化的效率和可靠性。

4）电化学催化氧化，祛除效果好、成本低的优点，目前主要的缺陷是控制电流难以稳定输出，导致实际降解效果较低。