水处理高级氧化技术研究进展科

北极星环保网讯:随着水污染问题的日益严重，可以产生大量自由基的高级氧化技术(AOPs)得到了越来越多人们的关注。对Fenton氧化法、臭氧氧化法、湿式氧化法、光催化氧化法、超临界水氧化法、超声波氧化法及过硫酸盐氧化法在废水领域的研究现状与发展进行了详细介绍。

如何产生更多的羟基自由基(·OH)是AOPs应着手解决的首要问题。研究成本低廉、氧化效率良好的氧化剂和催化性能优异、稳定的催化剂以及高级氧化联合技术的开发是未来AOPs的主要发展趋势。

近年来，工业及城市的快速发展造成水污染问题十分严重。高级氧化技术(AOPs)是在氧化反应中，将电、光辐射、催化剂等与常见的化学氧化剂结合，产生高活性自由基(主要为·OH);这些自由基可以与水中有机物反应，将它们氧化分解成小分子直至降解为CO₂、H₂O和无机盐。

·OH的氧化能力极强且非常活泼，几乎可以与水中所有有机物分子反应且无二次污染。由于高级氧化法操作简单、反应条件温和、高效且处理范围广，在精细化工、造纸以及纺织印染等有机废水处理领域均有广阔应用前景。

高级氧化技术主要包括:Fenton法、类Fenton法、电化学氧化法、光化学氧化法、臭氧氧化法、超声氧化法等，在实际应用中常将上述几种方法协同使用。

1 高级氧化技术的作用机理及发展

1.1 Fenton法与类Fenton法

1894年，法国科学家Fenton发现在酸性条件下，将Fe²⁺与H₂O₂混合可以迅速氧化酒石酸。后人将这种组合命名为Fenton试剂，使用这种试剂的反应成为Fenton反应。

王代芝等采用Fenton试剂氧化处理100mL色度为1250度的染料废水，50min后色度去除率94.44%，剩余色度为69.5度。孙宇明等通过Fenton氧化法，对青霉素废水的化学需氧量(COD)深度处理，确定了当COD为800～900mg/L时的最佳试验条件，在此条件下60min后COD去除率达到96%，出水COD＜120mg/L。

虽然Fenton法具有成本低、操作简单、反应快速、产生絮状沉淀、无须复杂设备等优点，但是缺点不容忽视。Fenton法要求在酸性条件下进行，pH适用范围较小，H₂O₂所需试剂量偏大，反应体系中需不断补充Fe²+;同时部分初始物质不能完全矿化，转化为某些中间产物。这些中间产物可能会抑制·OH的生成，并且与Fe3+形成络合物造成二次污染。

近年来，人们发现将紫外光、臭氧、超声等引入Fenton体系可提高该体系的氧化降解能力，统称新试剂为类Fenton试剂。

这些改进技术可以降低过氧化氢的使用量，提高Fenton试剂的氧化能力。庄晓虹等研究了内分泌干扰物壬基酚(NP)在H₂O₂溶液和Fe(Ⅲ)-HO溶液体系中的光降解现象，探讨了光照距离、H₂O₂浓度、Fe(Ⅲ)浓度等对NP光降解的影响。

Yoon等采用动力学和光谱分析法，通过零价铁辅助芬顿反应降解苯酚，100mg/L的苯酚被完全降解，在最佳条件下，3min后可去除75%的总有机碳(TOC)。Zha等采用Fe²+改进光-Fenton法处理垃圾渗滤液，在最佳条件下，对TOC、COD和五日生化需氧量(BOD5)的去除率分别为68.3%、79.6%和58.2%，其BOD5/COD比值也从0.20增加到0.43。

1.2 臭氧氧化

臭氧作为一种强氧化剂，在任何pH条件均可氧化水中的有机物和无机物，它与有机物作用的途径包括两种:①缓慢且有选择性的直接氧化作用;②臭氧分解后产生羟基自由基，间接与有机物发生

氧化作用。

这两种途径中，后者氧化能力更强更迅速，且无选择性。在水处理过程中，臭氧与污染物之间的相互作用极其复杂，通过物化和生化作用，臭氧可以与水中有机物质反应。在反应过程中，非极性物质向极性物质转变，高分子有机物向低分子有机物转变，亲水性有机胶团转变为疏水性易凝聚过滤的无机物。

Turhan等用臭氧处理模拟水溶性碱性染料亚甲基蓝，结果表明16min后亚甲基蓝降解完全。李桂菊等通过臭氧氧化反应深度处理苯胺废水，确定了最佳工艺条件。当反应进行13min后苯胺由初始浓度约为25mg/L稳定降到2mg/L以下，此时去除率达到94%以上。

然而，臭氧单独氧化结构复杂的有机物时，作用效果不显著，目标有机污染物难以完全降解。因此臭氧氧化多与其他技术联用。乔旭东等通过臭氧-紫外光-超声波协同作用，对氧化降解模拟苯

酚废水进行了研究，确定处理效果最佳的试验条件。

反应4h后，苯酚去除率为99%，COD去除率达到97%。Gong等采用O3/紫外(UV)法处理城市污水中的可溶性有机物，结果发现，O3/UV法对溶解有机碳(DOC)的去除率为90%，而臭氧单独氧化只

能去除36%的DOC。

臭氧氧化法氧化性强，不会造成二次污染，但是存在利用率低、处理效果不稳定、能耗大、工艺成本高以及技术不完善等问题。如何提高臭氧产生效率，降低能耗，是当前需要解决的关键问题之一。

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