高级氧化技术在农药降解中的应用

水源污染已成为目前世界上一个重要的环境问题．为此，各国政府都提出了各种为减少水源中农药含量而应采取的技术及措施．农药污染的最主要源头是农业工厂及农药生产厂家．从这些源头出来的废水中农药含量可高达500 mg／L，为了保护水源，使之达到饮用水的标准，必须除去水中农药残余．所以，自来水厂就面临着一个特别困难的问题：如何低成本地除去水源中低浓度(小于10-6mg／L或10-6mg／L的农药，在生产饮用水的不同技术中，臭氧氧化可以说是一种除去水体中农药最有效的技术，在此技术中，臭氧经常是协同或结合过氧化氢，或者与活性炭一起在工厂中起作用的。要处理工、农业生产中所产生的高农药含量的废水，理想的处理模式应该是可移动的、较小规模的处理装配．可能的处理方法包括物理处理(例如：活性炭过滤、膜技术等)、生物降解和化学反应，然而由于这些技术均存在效率低的缺陷而未能在实践中得到推广应用。生物技术虽然简单易行，但它容易受到一些对降解微生物无活性的有毒化合物的影响。因此，在处理水体中农药时常用的便是光化学降解技术(UV／O3，UV／H2 O2，)、光催化技术(TiO2／UV，光-芬顿试剂)和化学氧化技术(O3， O3／H2O2，H2O／Fe 2+)，这些技术统称为高级氧化技术(AOPs)，其基本原理是产生高活性的中间体，从而引发一系列的化学反应，最终破坏有机物农药污染物的结构并将其除去。
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  高级氧化技术的化学机理
  
  所有高级氧化技术的主要基础是羟基自由基化学．羟基自由基(·OH)是氧化有机农药底物最主要的反应中间体．自由基(·Hoz)和它的变体(·O-2)也参与了降解过程，但它们的反应活性远远低于羟基自由基，羟基自由基能通过夺氢反应或在双键上发生亲电加成反应与大多数有机底物发生化学反应．羟基自由基甚至可以与分子氧发生反应产生过氧自由基，引发一系列能够使有机物完全矿化的降解反应,另外，羟基自由基可从卤素取代位进攻芳香环，产生酚的同系物。然而，虽然羟基自由基具有很强的反应活性，但它与氯代烷烃的反应很慢。
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  降解农药的高级氧化技术及其化学反应
  2．1光化学氧化
  
  所谓光化学氧化，就是在光的作用下进行的氧化反应．光化学反应需要分子吸收特定波长的电磁辐射，需要利用人造光源(通常是高压汞灯或氙弧灯)或自然日光，不同光化学技术都有降解农药的能力．由于有较长处理时间和高能光子的保证，大多数的这类方法能彻底将污染物降解．当污染物被紫外光辐射时，最容易发生的反应是脱氯反应、氯原子被羟基取代的反应和自由基的形成反应，各种光催化作用D43(均相或非均相)都能提高光化学高级氧化技术的降解效率．非均相过程是利用半导体(如TiOz／UV，ZnO／UV)做催化剂，而均相光化学过程(如H202／UV，Fe3+／UV)是单相系统．光催化高级氧化技术是利用光诱发的反应，主要是依靠光与所加氧或与半导体结合产生的自由基发生的氧化反应。
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  二氧化钛(TiOz)是降解水体中农药应用最广泛的光催化剂，作为半导体，它所吸收光的波长150 bar)的液相氧分子氧化而分解。
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  讨论
  
  在各种从废水中除去农药的技术中，光化学高级氧化技术(光一芬顿试剂和TiO2光催化)和臭氧氧化特别适宜于工业化应用。然而光一芬顿试剂氧化过程实际中很少应用于废水中农药的去除．非均相TiO2光催化法却研究得比较广泛，已用于大规模的废水处理中．在户外系统中，只有在阳光照射强度高或废水中农药浓度不太高(如50 mg／L)时才能得到最好的降解效率．一年四季阳光辐射强度的波动给制造一定模式的反应器和预计彻底降解污染物所需的时间带来了一定的困难。通常是由一个聚光器来决定可移动反应器的设计。相反地，臭氧氧化技术比光化学技术更易于控制和工业化使用．由于臭氧氧化法易于与UV和／或H2O2协同处理高浓度农药污染废水，所以在实践中已成为越来越受人们关注的高效技术．但是，臭氧氧化法的效率很大程度上依赖于污染物的性质，基本上做不到完全矿化．此外，臭氧在发生氧化反应过程中总是不能被完全利用，从而增加了额外费用．事实上，在实际情况(即几种农药的混合物且其浓度高于100 mg／L)中，关于这种方法的评价数据很少得到．由于高级氧化技术降解亲水性农药所得的中间产物与起始比较具有更强的极性和生物利用性，又由于对于一种处理方法，如果其不能将污染物完全矿化，它便很难在实际中展开应用．综上所述，很有必要将高级氧化技术与生物降解或其它合适的过程结合，以实现农药污染物被完全矿化的目的。

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