高级氧化技术在饮用水处理中的应用研究进展

摘要：高级氧化技术在饮用水处理领域取得了显著进展，如臭氧氧化技术、紫外光催化氧化技术、电化学氧化技术等，能有效降解有机污染物，提高水质安全性。同时，这些技术结合其他工艺，如活性炭、生物法等，可进一步提升处理效果。虽然面临能耗高、操作复杂等挑战，但随着技术的不断优化和改进，高级氧化技术有望为水处理提供更有效、更经济的解决方案。基于此，分析高级氧化技术在饮用水处理中的应用研究进展。

关键词：饮用水；高级氧化技术；处理工艺

中图分类号：TU991.2 文献标识码：A 文章编号：1008-9500（2024）07-0-04

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.07.049

Research Progress on the Application of Advanced Oxidation Technology in Drinking Water Treatment

ZHANG Ruifang1， LIU Zhizhuang2， LIU Yutian2

（1. Zaozhuang Water Conservancy Survey and Design Institute， Zaozhuang 277800， China;

2. Jinan Municipal Engineering Design and Research Institute （Group） Co.， Ltd.， Jinan 250000， China）

Abstract： Advanced oxidation technologies have made significant progress in the field of drinking water treatment， such as ozone oxidation technology， ultraviolet photocatalytic oxidation technology， electrochemical oxidation technology， etc.， which can effectively degrade organic pollutants and improve water quality safety. Meanwhile， these technologies combined with other processes such as activated carbon and biological methods can further enhance the treatment efficiency. Although facing challenges such as high energy consumption and complex operation， with the continuous optimization and improvement of technology， advanced oxidation technology is expected to provide more effective and economical solutions for water treatment. Based on this， analyze the research progress on the application of advanced oxidation technology in drinking water treatment.

Keywords： drinking water; advanced oxidation technology; processing technology

随着我国工业化进程的加快，饮用水中的化学物质残留问题日益严重，成为对饮用水安全和人类健康构成潜在威胁的重要因素。除常见的致富营养化相关指数超标外，部分水体还存在以有毒有机物为代表的新型污染。这些污染物主要源于人类活动和工农业生产，种类繁多且多属于有机物。这些有机物不仅影响饮用水的色度和嗅味，还可能在加氯消毒过程中与氯或溴离子反应，生成具有致癌风险的氯代或溴代消毒副产物，对人体健康构成潜在威胁。为了应对这一挑战，研究人员开始探索臭氧氧化技术、紫外光催化氧化技术、电化学氧化技术及超声波技术在水处理领域的应用。这些技术能够有效降解有害有机物，减少或消除饮用水处理过程中产生的有害副产物，确保饮用水安全。

1 臭氧氧化技术

臭氧氧化技术作为一种先进的饮用水处理技术，具有反应速度快、无选择性、能彻底矿化有机物的特点。其优势在于能生成大量羟基自由基，具有强化氧化能力，可提高有机物的降解效率。该技术结合了臭氧的氧化性和催化剂的吸附、催化功能，可分为均相催化氧化和非均相催化氧化两类，能满足不同的水处理需求。随着水源污染日益严重和饮用水卫生标准的提高，臭氧氧化技术在保障饮用水安全方面显示出巨大潜力，但其发展也面临着一些挑战和问题，需要持续优化。

马建军等[1]采用臭氧催化氧化工艺降低了剩余臭氧浓度，提高了水处理效率和难降解有机物的去除效果。刘昱[2]分析了催化臭氧氧化技术对于地下水中有机微污染物的去除效果。鲁金凤等[3]在淮南某水厂试验中证实了臭氧催化氧化-紫外线/双氧水氧化—生物活性炭的高级氧化组合和生物活性炭联用工艺能有效去除水中的可溶性有机碳（Dissolved Organic Carbon，DOC）和CODMn，并控制三卤甲烷的生成，适用于饮用水深度处理。MARTINS等[4]提出采用Mn-Fe-O催化剂处理橄榄油废水，能够提高化学需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）、总磷（Total Phosphorus，TP）、总有机碳（Total Organic Carbon，TOC）的去除率，降低生物毒性。HU等[5]使用介孔碳气凝胶负载CuO催化臭氧，能够快速去除纺织废水色度，提高COD去除率，且不受pH影响。HE等[6]通过催化臭氧显著提升了色度和COD去除效率。

2 紫外光催化氧化技术

紫外光催化氧化技术通过紫外光激发氧化剂产生高活性的自由基，如羟基自由基（·OH），实现对难降解有机污染物的有效氧化分解。该技术不仅能够在常温常压下进行，还具有氧化能力强、反应速率快、不产生二次污染等优势。随着研究的深入，微波辅助紫外光催化氧化和超声波-紫外光氧化等新技术也相继出现，为分析水质提供了更多的选择。

JEONG等[7]发现利用紫外光降解挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds，VOCs）在极端条件下可能产生不良中间产物。MOUSSAVI等[8]通过实验证实，紫外光预处理与生物过滤相结合能显著提升甲苯和邻二甲苯的去除效率，达到95%以上，远超单一处理方法。MOHSENI等[9]发现紫外光解与生物过滤结合能有效去除邻二甲苯。JIANMING等[10]的研究进一步表明，紫外光预处理不仅能清除污染物，还能够促进微生物群落生长。目前，越来越多的学者正致力于紫外光降解法与生物滴滤技术的联合研究，以提高VOCs处理的工程实用性。

3 电化学氧化技术

电化学氧化技术通过阳极表面的强氧化性物质直接或间接氧化水中的有机物，在饮用水处理中具有显著优势。与传统方法相比，电化学氧化技术不仅处理效率高，而且能耗低。

ROCHA等[11]研究了纺织染料在Pt和掺硼金刚石（Boron Doped Diamond，BDD）阳极上的电化学氧化。当存在卤素盐时，电极表面产生的强氧化剂使直接和间接电化学过程依赖于特定电催化材料。Pt阳极通过直接氧化和间接氧化高效去色，去色率达100%。INIESTA等[12]使用循环伏安法和计时电流法研究了BDD电极上苯酚的电氧化行为。在水稳定电位区观察到直接的电子转移反应，但在约1.67 V时，电极表面形成聚合物胶膜，导致电极污染。GAO等[13]开发了新型阴极，提高了电-Fenton系统的效率。实验结果显示，该阴极对RhB降解效果显著，1 h内的脱色率达95%，TOC去除率达89.9%。汤清等[14]使用铝电极电絮凝法处理染料废水，取得良好的效果。陈欣等[15]研究了电絮凝法脱色聚酯醇解溶液，并探讨了染料浓度、电解电压、电解质浓度及pH值对脱色率的影响。

电化学氧化也面临电极污染的挑战，需选择合适的阳极材料，以提高稳定性和抗污染能力。电化学氧化技术在饮用水处理中的成功应用案例表明，其具备处理藻类、嗅味物质和有毒有害物质的能力，且可与其他技术结合，形成联合处理系统，进一步提高处理效果。因此，电化学氧化技术在饮用水处理领域具有广阔的应用前景，为保障饮用水安全提供有力支持。

4 超声波技术

超声波技术作为高级氧化工艺的重要分支，近年来在水处理领域取得显著的研究进展。该技术通过产生具有极强氧化性的羟基自由基将水中的污染物氧化为无毒无害物质，甚至最终氧化为CO2和H2O。自1895年首次报道空化现象以来，超声波技术不断发展。1930年，超声波技术被发现能降解生物和合成聚合物。1944年后，超声波技术因其声空化特性被广泛应用于增强化学反应、油乳化及污染物降解等领域。

BASTO等[16]发现超声波与漆酶结合可显著增强靛蓝胭脂红的脱色性能，脱色率超过65%，远高于单酶的20%。GOPINATH等[17]利用超声波预处理提升了有毒偶氮染料刚果红的生物降解效率，证实了超声波预处理对生物降解的促进作用。OTURAN等[18]提出一种声电-芬顿工艺，通过超声波与电化学的耦合，显著提高了4，6-二硝基邻甲酚的降解效率。BABU等[19]通过超声辅助光催化降解甲基橙，提高了降解效率，验证了超声波与光催化的协同效应。RAHIMI等[20]的研究表明，超声-紫外线-二氧化钛系统在去除氨方面优于其他工艺。

这些研究均凸显了超声波在高级氧化技术中的重要应用及其与其他技术的协同效应。随着研究的深入，超声波技术与臭氧氧化、紫外光辐照、过氧化氢氧化等高级氧化技术的耦合联用，进一步提升了其在水处理中的效果。超声波技术在水处理领域的应用前景广阔，能够为解决水污染问题提供新手段。

5 结论

高级氧化技术能够高效去除水中的污染物和微生物，减少二次污染，提升水质，但面临能耗高、操作复杂、设备昂贵等挑战。在实际应用过程中，为降低成本，需针对水质需求选择并优化技术。随着科技进步，将出现更多高效环保的高级氧化技术。

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