高級氧化技術及其在廢水處理中的應用

章琛(神華工程技術有限公司安徽分公司，安徽 合肥 230009)

0 引言

化工行業(yè)生產(chǎn)過程中排放的廢水里有機物成分復雜、有毒有害物質多、難降解，進入水體后會對環(huán)境造成一定程度的污染。隨著國家對環(huán)保的重視程度逐漸增大，廢水的處理也愈發(fā)地引起了人們的關注。然而在廢水處理中使用生物方法無法達到預期的效果，如難以采用生物方法脫除重金屬離子，并且一般的方法如普通的物理方法和化學方法，也無法使得廢水得到很好的處理[1]。高級氧化技術憑借其反應速度快、適用范圍廣等優(yōu)勢，已成為廢水處理技術中的一項研究熱點。

1 高級氧化技術簡介

高級氧化技術(advanced oxidation processes, AOP)是一類泛指反應過程中有大量氫氧自由基參與的化學氧化技術，它可通過電、光輻射或催化劑，或與氧化劑結合，生成活性極強的·OH，與有機物進行反應，降解有毒有害的大分子有機物[2]。高級氧化技術可分為光催化氧化法、催化濕式氧化法、超聲氧化法、臭氧氧化法、電化學氧化法、Fenton氧化法和超臨界水氧化法等，因具有反應快、可誘發(fā)鏈反應、可降解有機物、適用范圍廣等特點，可用于處理有機廢水。

2 高級氧化技術在廢水處理中的應用

2.1 光催化氧化法

光催化氧化法是在光照射下，以半導體(如：TiO2、ZnO、WO3等)為催化劑，當半導體與水接觸時，半導體表面產(chǎn)生具有強氧化性的·OH，與水中的有機污染物發(fā)生氧化反應，使有機污染物降解。光催化氧化法氧化能力強、反應條件溫和，近年來科研人員對它展開了許多研究。許雅如等[3]采用原位沉淀法和水熱法制備得到了TiO2/CuS異質結光催化劑，并將其用于光催化法處理染料廢水，可將廢水中的甲基橙進行降解，且降解效率能達到97.3%。艾亞菲[4]通過微懸浮聚合法制備多孔TiO2-聚苯乙烯復合微球，將其用于印染廢水的光催化降解，結果表明在一定條件下可以獲得較高的COD去除率及脫色率。薛誠等[5]采用UV/H2O2/TiO2光催化體系對高鹽廢水進行處理，在最優(yōu)條件下，EDTA去除率可達99.06%，去除效果較好。

2.2 催化濕式氧化法

催化濕式氧化法是在高溫、高壓條件下，將空氣中的氧氣用作氧化劑，并加入催化劑，將廢水中有機物進行氧化分解的方法。該方法反應速度快、無二次污染、效率高、應用廣，常用于處理印染廢水、含酚廢水等。毛兵等[6]采用微波催化濕式氧化技術對含酚廢水進行處理，在最佳工藝條件下，廢水TOC去除率達到了85%以上，BOD/COD可達0.43，較好地提高了廢水的可生化性。張偉民等[7]采用催化濕式氧化對高濃度染料廢水進行處理，最優(yōu)條件下，廢水COD平均去除率可達84.6%。

2.3 超聲氧化法

超聲波具有方向性好、穿透力強等特點。在超聲波空化作用產(chǎn)生的高溫高壓下，水分子裂解產(chǎn)生·OH自由基，該自由基與有機物質發(fā)生氧化反應，從而實現(xiàn)對有機物的降解。張幺玄等[8]將鐵炭微電解/Fenton超聲氧化聯(lián)用技術用于HMX生產(chǎn)廢水的處理，研究結果表明，該聯(lián)合技術可將廢水中COD去除96.69%，明顯優(yōu)于單一處理效果。李雪原等[9]通過研究發(fā)現(xiàn)Fenton/超聲高級氧化法可以較好地降解含吡啶廢水，提高廢水的生化性。超聲氧化法簡單、方便、反應條件不苛刻，但是能耗高、降解效率低，一般多與其他處理方法結合使用。

2.4 臭氧氧化法

臭氧憑借其氧化性強、可在水中較快分解、無二次污染的特點，已經(jīng)在廢水處理方面展開了廣泛的研究。臭氧氧化法可分為直接反應法與間接反應法，其中直接反應法是將臭氧與污染物直接反應，該法選擇性強，但反應速度慢；間接反應法則是將臭氧分解得到的氫氧自由基與有機污染物反應，該方法無選擇性，但反應速度快，可以完全降解有機物。但臭氧氧化法對廢水進行處理時，容易生成中間產(chǎn)物，臭氧溶解度低、不穩(wěn)定、易腐蝕設備及管路，又一定程度上限制了它的應用。因此常將臭氧氧化法與其他處理方法相結合，協(xié)同處理廢水。劉威等[10]將臭氧氧化法與生化法結合，通過“初期氧化+預處理+生化處理法”工藝，有效降低了凡口鉛鋅礦選礦廢水的COD濃度，去除率可達91.9%。劉菲等[11]采用臭氧-高鐵酸鉀聯(lián)合氧化處理苯酚廢水，苯酚去除率可達98.6%，明顯優(yōu)于單獨使用臭氧或高鐵酸鉀。

2.5 電化學氧化法

電化學氧化法可分為直接電化學反應法與間接電化學反應法。直接電化學反應法是將有機物在電極上直接反應，間接電化學反應則是將電極表面產(chǎn)生的強氧化性活性物與廢水中有害物質發(fā)生氧化還原反應。該法對降解有機物具有較好的選擇性、能量利用率高、無二次污染，且設備簡單、操作費用低。但是該法在實際的使用過程中，存在電流效率低等問題。近年來研究人員常將該法與其他技術相結合處理廢水，均取得了不錯的效果。許振鈺等[12]采用電化學氧化-臭氧氧化聯(lián)合方法對模擬染料廢水進行處理，在一定條件下，反應3 min時廢水脫色率可達99.64%、120 min時廢水COD去除率可達83.17%。邵星宇等[13]采用”電催化Fenton氧化+電化學氧化”法處理苯醚甲環(huán)唑廢水，結果表明，一定條件下，廢水中有機氮的去除率為83.4%，COD去除率為54.0%，總氮去除率為54.5%，廢水的BOD/COD提升至0.33，較好地提高了廢水的可生化性。

2.6 Fenton氧化法

Fenton法是一種利用光輻射、催化劑或電化學作用，通過H2O2產(chǎn)生·OH處理有機物的技術，該法高效、環(huán)保，常用于處理難降解有機廢水，是高級氧化技術的研究熱點之一。陳天等[14]采用陰極電Fenton法對印染廢水的處理進行了研究，結果表明，通過該方法廢水的COD去除率可以達到78.12%。Roy K等[15]采用Fenton氧化法對廢水中的對硝基酚進行降解，在一定條件下，對硝基酚的降解率可以達到78.8±1.2%。朱勇等[16]通過紫外光化與Fenton催化氧化對硝胺生產(chǎn)廢水進行了預處理，而后將出水進入膜生物反應器進行反應，最終廢水COD去除率可達54%，可以實現(xiàn)廢水的達標排放。

2.7 超臨界水氧化法

超臨界水具有極強的氧化性與良好的擴散性，它能與有機污染物相溶，具有廣泛的融合能力。超臨界氧化技術以超臨界水為反應介質，經(jīng)過均相的氧化反應處理有機污染物，具有效率高、適用面廣、結構簡單、無需后續(xù)處理等優(yōu)點。付淵[17]采用超臨界水催化氧化法處理高濃度含酚廢水，廢水中的苯酚去除率可達90%。張亞朋等[18]將超臨界水氧化法用于處理煤化工、采油、食品等工業(yè)的高鹽污水，結果表明，幾種污水的COD去除率均在80%以上，其中煤化工污水和三乙醇胺污水的COD去除率可以達91%以上。但超臨界水氧化法依然存在一些問題，比如反應在高溫、高壓下進行，會對反應設備造成一定程度的損壞，反應過程中，由于物質溶解度較低，可能會使得反應器堵塞。如何解決好這些問題，是未來研究的重點。

3 結語

廢水作為生態(tài)環(huán)境的重大污染源之一，其減排與處置已經(jīng)引起了國家的重視，并相繼出臺了許多政策鼓勵廢水處理行業(yè)的發(fā)展。高級氧化技術作為一項新型技術，國外已有部分國家將其研究成果應用于實際工程當中，但是中國大多停留在實驗階段，未能很好地將其工業(yè)化，說明仍有需要改進的地方。

(1)在提升廢水處理效率的同時，進一步研究反應機理，更好地控制反應的影響因素。

(2)綜合考慮各類高級氧化技術的優(yōu)缺點，將多種高級氧化技術協(xié)同使用，或將高級氧化技術與其他技術組合，共同處理廢水，以求找到更經(jīng)濟、更環(huán)保、更高效的處理方法。