高级氧化技术在有机废水处理中的研究与应用

silentsunshine · 发表于 2012-12-20 16:02:26

近年来发展起来的高级氧化技术（Advanced Oxidation Processes）是以羟基自由基（·OH ）作为氧化剂，使大多数难降解的有机污染物氧化降解为低毒或无毒的小分子物质的一种新型化学氧化技术。表1为部分氧化剂的氧化电位及相对氯气的氧化能力，从表中可以看出·OH是一种极强的氧化剂，因此用它来处理难降解的有机废水具有很好的应用前景。根据产生自由基的方式和反应条件不同，高级氧化技术包括UV/O3、H2O2/O3、UV/ H2O2/O3、US/O3等。本文将主要介绍这几种高级氧化技术在有机废水处理领域中的研究与应用。
  表1部分氧化剂的氧化能力［1］

  　　氧化剂氧化电位（V）（氢标）相对氯气的氧化能力

  　　羟基自由基280205

  　　原子氧242178

  　　臭氧207152

  　　双氧水087064

  　　氧气040029

  　　UV/O3水处理法始于70年代，主要针对有毒有害且无法生物降解的有机污染物的处理。80年代以来，研究范围扩大到饮用水的深度处理。目前对UV/O3氧化机理有很多研究，一般认为UV/O3中的氧化反应为自由基型反应，即液相臭氧在紫外光辐射下分解产生羟基自由基。

  　　施银桃等［2］利用UV/O3氧化体系对活性艳红K-2BP废水进行研究。结果表明，紫外光催化臭氧化可加速有机物的矿化，在同样时间条件下，三者氧化能力大小为：UV/O3＞单独O3＞单独UV。童少平等［3］利用此法对水中的硝基苯进行降解去除，发现使用UV/O3降解硝基苯比单独使用臭氧处理有了较为明显的提高，并指出了UV/O3氧化降解能力提高的两方面原因：①紫外光对有机物的活化作用；②中间产物 H2O2催化臭氧分解产生了高活性的羟基自由基。他们所采用的实验工艺流程见图1。吕锡武的研究表明［4］，自1.O2钢瓶2.臭氧发生器3.流量计4.2%Kl溶液
  5.臭氧接触器6.循环水出口7.紫外灯8.进料口9.取样口10.循环水进口11.出料口12.臭氧破坏器
  图1UV/O3水处理法工艺流程来水中苯、甲苯、乙苯在用UV/O3氧化1 h后浓度均降至检测限以下，三氯甲烷、四氯化碳经2 h处理后去除率达90%以上，自来水中169种有机物经2 h处理后去除率达65%以上，致突变实验证实水质由强阳性转为偏阴性。

  　　虽然UV/O3水处理法的建设投资大、运行费用高，但其在饮用水深度处理和难降解有机废水的处理中具有良好的应用前景。 2H2O2/O3H2O2/O3水处理法是在饮用水中应用最广泛的高级氧化技术，由于H2O2/O3工艺只需在原有的臭氧化工艺基础上投加H2O2即可，因此简单方便，可操作性较强。

  　　日本从20世纪70年代后期开始研究利用H2O2/O3水处理法来处理高浓度有机废水，美国则是在20世纪80年代将该法用于处理城市污水中的挥发性有机化合物，都取得了一定成绩。马军等［5］运用此工艺处理水中的二苯甲酮，结果表明，过氧化氢能在一定程度上促进臭氧对二苯甲酮的氧化，且氧化的最终产物多是一些有机羧酸类物质，毒性已大大降低。
  与UV/O3工艺相比，H2O2/O3不需要UV使分子活化，因此其主要优点就是在混浊度较高的水中仍能运行良好。

  　　3UV/ H2O2/O3

  　　UV/ H2O2/O3水处理法是同时利用UV、O3和H2O2将有机物氧化降解的方法。其氧化机理包括O3的直接氧化、O3和H2O2分解产生的羟基自由基的氧化、直接光解以及H2O2的光解和离解作用。

  　　吴畏和李洪波［6］利用此法对商品染料活性艳蓝KN-R进行研究，结果表明，经过70min的氧化过程，废水的pH值降低，电导率不断升高，色度去除率达989%，废水的COD和TOC去除率分别为47%和5%。在美国，O3/H2O2/UV水处理法已有了商业应用，最著名的是U. S. Filter UV/ H2O2/O3系统［7］，具体工艺流程见图2。该系统主要

  　　1.O3发生器2.O3吸收单元3.O3分布器4.H2O2供应槽

  　　5.静态混合器6.反应器7.UV灯

  　　图2FilterO3/H2O2/UV系统

  　　由UV氧化反应器、O3发生器、H2O2供给池及催化O3分解单元构成。
  4US/O3随着声化学技术向水处理技术方面的渗透，基于超声化学为辅助手段的高级氧化技术目前已成为废水处理领域的研究热点。超声波降解污染物的主要机理为空化现象所形成的自由基，当自由基反应成控制因素时，加入O3可进一步提高污染物的降解速率。

  　　Dahi利用20 kHz超声强化O3氧化技术处理有机污水时发现，这种技术可减少50%的O3投加量，尽管20 kHz超声对若丹明B脱色没有效果但可加快O3对若丹明B的脱色速度（其速度常数提高55%）。他认为：在超声作用下O3分解产生的自由基是真正的杀菌剂和氧化剂，而O3分子本身只是起到产生自由基的作用。赵朝成［8］等用超声波联合臭氧处理含酚废水，在废水初始pH值为11，臭氧化氧气流量01 m3/h、声密度01 w/mL、反应时间100 s的条件下，浓度为100 mg/L的含酚废水去除率可达996％。由此可见，超声对O3氧化能力具有很好的强化作用。

  　　US/ O3技术对于大分子、难降解、有毒有害废水来讲是一种很有前途的处理方法，随着对超声波强度、频率，液体介质物化性质，污染物初始浓度，操作温度，曝气、添加催化剂等US/ O3工艺影响因素的深入研究，US/ O3这种新型的高级氧化技术必将具有良好的开发和应用前景。

  　　5结语

  　　高级氧化技术作为一门新型有效的废水处理技术，具有氧化能力强、氧化过程无选择性、反应彻底等优点。尤其近年来，随着对高级氧化技术中高效催化剂的研发、氧化动力学与反应机理的探讨、新型反应器的研制等热点问题研究的逐步开展，高级氧化技术已经在水处理领域显示了良好的应用前景，不过还应从以下方面做进一步深入研究：

  　　（1）高级氧化技术与传统的水处理工艺以及各种高级氧化工艺之间的经济技术比较；

  　　（2）加强对应用高级氧化技术降解有毒有害物质过程中，中间产物以及降解途径的研究，进而确定在去除有机污染物过程中是否产生其他有害物质；

  　　（3）目前大多数研究局限于对单一组分模拟废水的试验研究，须对实际废水进行进一步研究，逐步实现工业化。

  　　（4）扩展研究领域，如水体中难降解且对人体有害的持久性有机污染物等。

邓刹弓 · 发表于 2014-1-27 15:43:49

应该加分

benben13142 · 发表于 2014-2-3 13:26:23

@,@..是什么意思呀？

周妆合 · 发表于 2014-10-12 17:57:57

这个贴不错！！！！！

azurelau · 发表于 2014-10-21 15:44:48

今天没事来逛逛

忧郁者 · 发表于 2015-1-15 10:58:38

呵呵,支持一下哈

心海恋歌 · 发表于 2016-1-17 12:09:28

严重支持！

LOCKLOSE · 发表于 2016-3-17 21:37:03

专业的环保论坛！！！

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