水处理高级氧化技术研究进展科

1.6 超声波氧化法

超声波氧化法被认为是一种极具前景的深度氧化技术。在声波作用下，液体中的微小气泡会发生一系列动力学过程。气泡或空穴闭合炸裂的瞬间会产生一系列的高压、高热和光电等物理效应，这种极限环境产生的能量足以将难以断裂的化学键断开。

超声氧化法不仅可以单独用于废水处理，还可以与其他水处理技术联用，促进氧化剂的分解和链式反应的发生，使有机物降解。Wang等采用超声-Fenton试剂氧化法对二嗪农(杀虫剂)降解处理，在最佳反应条件下，60min后二嗪农的去除率和矿化率分别可达98%和30%。

Su等在硫酸盐的作用下利用超声氧化技术降解含阿莫西林废水，在最佳条件下处理60min后，废水COD去除率最高可达到98%以上。

1.7 过硫酸盐氧化法

作为近年来新兴起的一种新型废水处理技术，过硫酸盐氧化法在难降解有机污染物方面，表现出见效快、周期短、无二次污染等优点，能够快速地降解有机污染物。与传统的高级氧化技术(主要为·OH)相比，硫酸根自由基的选择性更强，在外界环境的要求方面更低。

Soubh等采用臭氧强化过硫酸盐处理垃圾渗滤液，在最佳条件下，渗滤液中COD和色度的去除率分别为87%和85%。Lin等在温度为(25±2)℃的环境中用254nm的紫外光活化过硫酸钠处理苯酚，当过硫酸盐浓度为84mmol/L、苯酚初始浓度为0.5mmol/L时，反应20min便能快速完全地降解苯酚。

Xu等使用过硫酸盐/Fe²⁺体系降解金橙G，在污染物浓度为0.1mmol·L－1、过硫酸盐浓度为4mmol·L－1、Fe²⁺浓度为4mmol·L－1、pH为3.5、降解时间为30min时，金橙G的降解率达99%。然而，过硫酸盐高级氧化技术研究时间较短，仍需要时间进行更加深入的研究。

2 高级氧化技术的实际应用

在实际废水处理过程中，废水成分复杂，使得单一的氧化处理工艺处理效果不佳。因此在实际应用中，多采用复合高级氧化技术或与其他工艺联合使用，可以提高羟基自由基浓度，加快反应速率，降低成本。

图2为常见的高级氧化技术组合方式，表1列举了一些高级氧化技术复合使用处理目标反应物的过程和结论。

图2 常见的AOPs组合方式

表1 水污染处理的联合方法

超声氧化技术与光催化氧化技术之间协同作用效果显著。超声波空化过程产生局部高温高压，可引起有机物的热解及水分子裂解，产生自由基，同时超声可使水中的催化剂粒子分布均匀，避免污染物吸附于光催化剂表面，加快污染物与自由基反应。

电-Fenton氧化技术中，电化学法产生的Fe²⁺与H₂O₂可作为Fenton试剂的持续来源，降低了处理成本。系统中的·OH氧化、电吸附和阳极氧化均能降解有机物，有机物矿化程度高。但由于电-Fenton法电流效率较低，导致其运行费用较高，且仅适用于处理酸性废水，限制了它的广泛应用。

光-Fenton法对有机物的处理效果较好。将紫外光引入Fenton体系，可以降低Fe2+的用量，同时紫外光和Fe²⁺对H₂O₂催化分解存在协同效应。但该体系对太阳能的利用能力不强，存在能耗大，费用高的缺点，因此其不适宜处理浓度过高的废水。在未来发展中，应以降低运行成本为目标。

UV/O₃法可以使臭氧氧化降解的有机物种类增多，加快降解速率。在紫外光的照射下，臭氧可以产生更多的强氧化性自由基，同时紫外光可改变有机物自身结构，利于水中有机污染物的氧化降解。

H₂O₂与O₃相互间催化作用可产生大量自由基，进而可以降解废水中的污染物。二者联用可提高水的生化性，具有不产生二次污染、成本低、条件温和、设备简单的优点，对于酚类化合物的去除非常有效。

超声与臭氧联合可强化臭氧氧化能力。在超声波作用下，臭氧分子分解产生大量氧化性能强的自由基，这些自由基的存在有利于有机污染物的降解。反应过程中超声波还会提高臭氧与水的接触面积，提高臭氧传质速率，具有高效、环保的特点。

高级氧化技术和与生物技术的联合运用受到了广泛关注。高级氧化技术具有反应速度快、适用范围广等优点，但成本较高;而生物法成本低廉，处理量大，但对于难降解有机污染物处理效果较差，运行不稳定。因此，两者结合可缩短高能耗的高级氧化过程，实现对有机物高效低成本的降解。

3结论与展望

高级氧化技术(AOPs)高效、使用范围广、处理效果优异，但其基础理论还不十分完善，且实际污染系统复杂多样，存在处理成本高、反应条件苛刻、反应器复杂等问题。将高级氧化技术复合使用或与其他技术相结合，可发挥其协同作用，强化污染物处理效果。

高级氧化技术未来发展方向主要有以下方面。

(1)污染物种类繁多，对应的氧化降解机理各不相同，不同污染物的氧化反应机理需进一步探究和完善。

(2)研究低成本高效率的氧化剂和活性好、稳定高效、适用性广的催化剂，进一步提高水中污染物的处理效果。

(3)根据有机物在反应器内的反应机理，开发低成本、高效耐用的反应器。

(4)研究如何延长羟基自由基的存留时间，并使其在氧化过程中维持较高浓度。

(5)应注重高级氧化技术的复合或与其他技术组合工艺的开发，进一步扩大可去除有机物的种类。

延伸阅读：

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Fenton（芬顿）高级氧化技术在水处理中的应用