高级氧化技术在水处理中的应用

作者:石金谷; 刊名:中国资源综合利用 上传者:齐建勋

【摘要】高级氧化技术因其治理废水具有反应速度快、处理完全、适用范围广等优点,越来越受到人们的广泛关注,特别是对高浓度、高毒性、难降解、可生化性差的有机废水有其独到之处。本文介绍了高级氧化技术的机理,探讨了Fenton法、光催化氧化法、电化学氧化法、超声氧化法、臭氧氧化法等高级氧化技术的基本原理及在废水处理中的应用进展,并指出了高级氧化技术在废水处理中的发展趋势。

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水是人类最宝贵的自然资源,也是人类及其他生物繁衍生存的基本条件。然而,进入2l世纪以来,随着社会经济的快速发展以及人们生活水平的提高,生产生活中的各种废弃物大量进入水中,造成我国水资源的严重污染。对这些污染的控制已经成为水污染控制领域的难点,尽管已研发了一系列工艺来处理这些有毒有机污染物,但由于其处理难度较高,这些常规的水处理方法还不十分令人满意,难以有效地将废水中的有毒有机污染物彻底去除干净,不能满足处理需求,因此,必须研究开发其他水处理工艺,这也是水处理的难点之一。随着研究的不断深入,高级氧化技术应运而生并有了显著进展。高级氧化技术(AOPs)是在化学氧化法的基础上发展起来的处理难降解有机污染物的新技术。它主要是利用活性极强的羟基自由基(HO·)与水体中的许多高分子有机物发生反应,羟基自由基(HO·)的标准氧化还原电位高达2.8 V,仅次于F2(2.87 V)[1-2]。强氧化剂作用下产生的HO·能氧化分解水中的有机污染物:HO·通过与有机物的加合、取代、电子转移等过程使水中的各种污染物矿化,使有害物质降解为二氧化碳(CO2)、水(H20)和微量无机盐,或将其转化为低毒易生物降解的小分子物质,从根本上解决环境污染问题,实现零污染物排放[3]。1废水处理中高级氧化技术的应用高级氧化技术的最大特点是操作条件易于控制、使用范围广、处理效率高、氧化能力强、二次污染小,能使许多结构稳定、甚至很难被生物降解的有机物矿化为无毒无害可生物降解的小分子物质,提高废水的可生化性,故在废水的深度处理中有较好的应用前景,也成为水处理领域的研究热点。在AOPs的应用中,根据氧化剂和催化条件的不同,可以将其分为Fenton法、类Fenton法、光催化氧化法、电化学氧化法、超声氧化法、臭氧氧化法等[3-4]。本文对这几种氧化技术在废水处理领域的研究和应用现状作了简单的介绍。2 Fenton法和类Fenton法1894年,英国人H.J.H.Fenton(芬顿)首次发现在酸性溶液中二价铁离子(Fe2+)和过氧化氢(H2O2)的混合溶液能快速氧化苹果酸,这个发现为人们研究还原性有机物和选择氧化有机物提供了新的方法。因此,将亚铁盐(Fe2+)和过氧化氢(H2O2)的组合体系称为Fenton体系。该试剂的实质是H2O2在Fe2+的催化作用下,生成高反应活性的羟基自由基(OH·)[5]。羟基自由基(OH·)具有较强的氧化能力,并且具有亲电子性和电负性,在处理过程中,可以通过电子转移等途径氧化打破有机高分子中的共轭体系结构,使污染物矿化生成二氧化碳(CO2)和水(H2O),并且降低废水中的化学需氧量(COD)。Fe2+离子催化过氧化氢产生OH·,反应方程如式(1)所示。Fe2++H2O2→Fe3++OH·+OH-(1)传统的Fenton法虽然具有氧化速率快、目标污染物范围广、温度和压力等反应条件温和等优点,但在实际应用中还存在诸多问题。首先Fenton反应所需双氧水用量大,处理废水时间长;其次是在较低p H范围(3~5)进行;另外,铁矿加入可能会产生铁泥而带来二次污染。为了提高Fenton反应处理效果,人们将光照、臭氧、超声、微波等工艺引入Fenton体系,这些方法都可以增加Fenton法处理有机污染物的效率,减少双氧水用量,降低处理成本。这些改进技术被称为类Fenton法。3光催化氧化方法光催化氧化技术是利用半导体(如Ti O2、Sn O2、Cd S、Zn S、WO3等)作为催化剂,当紫外光照射到半导体表面时,半导体价带上的电子(e-)被激发跃迁到导带上,在价带上产生相应的空穴(h+

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