水處理中的高級氧化技術

水處理中的高級氧化技術摘要：高級氧化技術是一種新型的水處理方法，對于有機廢水具有良好的降解效果。本文首先分析了高級氧化技術的應用特點，然后介紹了幾種常見的技術類型，最后對比了應用期間的優(yōu)缺點，以供參考。關鍵詞：水處理；高級氧化技術；特點；性能對比經(jīng)濟社會快速發(fā)展的同時，水污染現(xiàn)象也更加嚴重，水中的有機物種類增多，威脅到人們的正常生活。其中，一些有機物具有穩(wěn)定的化學性能，使用常規(guī)氧化劑的降解能力有限，導致水處理效果不佳。在此背景下，高級氧化技術應運而生，由于氧化能力增強，能實現(xiàn)徹底降解的目標，以下進行深入探討。1、高級氧化技術的應用特點高級氧化技術最早是在1987年提出的，指的是以羥基自由基作為主要氧化劑，對水體中的污染物進行氧化分解。隨著該技術的發(fā)展，目前在定義上更加全面，是光、電、催化劑、氧化劑協(xié)同作用，產(chǎn)生具有高活性、強氧化性的自由基，首先將水體中的有機物質(zhì)分解成小分子物質(zhì)，然后分解為C02、H20,實現(xiàn)凈水目標。相比于傳統(tǒng)氧化技術，高級氧化技術的應用特點如下［1］：第一，在反應過程中，會形成大量自由基，且具有較強的氧化性，以硫酸根自由基為例，其氧化還原電位為2.6V。第二，氧化反應的速度快，一般有機物的氧化速率為106-109m/s。第三，水處理應用范圍廣，如果自由基具有較高的氧化電位，基本可以對任何有機物進行氧化分解。第四，設備操作簡單，反應條件容易控制，不會有高溫、高壓等特殊要求。第五，處理過程中會誘發(fā)鏈反應，而且不同處理技術可以聯(lián)合使用，實現(xiàn)預處理、深度處理的目標。2、水處理中常見的高級氧化技術2.1Fenton法Fenton法是在1894年提出，研究發(fā)現(xiàn)在酸性水溶液中，如果Fe2+、H2O2同時存在，此時就會對酒石酸產(chǎn)生氧化作用。Fe2+和H2O2的組合就是Fenton試劑，反應過程中形成?0H的方程式如下：Fe2++H2O2TFe3++?OH+OH-，k=51M/s。由于?OH性質(zhì)不穩(wěn)定，如果溶液中沒有其他反應物，就會和Fe2+反應生成Fe3+、OH-，方程式如下：Fe2++?OHTFe3++OH-；如果溶液中存在有機物，?0H會和氫原子形成有機基R?，方程式如下：?OH+RHTR?+H2O，R?+H2O2TR-OH+HO，分析Fenton法的應用特點，優(yōu)勢是氧化能力強，操作簡單，可以單獨使用，也可以聯(lián)合使用［2］。缺點是水處理費用高，H2O2的利用率低，F(xiàn)e2+過量使用容易造成二次污染。臭氧氧化法O3屬于強氧化劑，能在水溶液中分解成為含氧自由基，但是氧化速度慢。為了提高氧化速率，研究表明在堿性溶液中，OH-和O3接觸后會加快分解速度，形成?OH。對于有機物的降解，其作用機理分為直接反應、間接反應兩種類型；O3在水中要想生成?OH,可以處于堿性條件，可以紫外光照射，也可以加入金屬催化物。實踐證實［3］，單一使用O3進行水處理，O3的利用率低、氧化能力有限，因此處理效果不佳，對此提出了組合工藝技術，例如03+催化劑、03+超聲波、O3+H2O2、03+UV等，能提高有機物的降解效果。濕式氧化法濕式氧化法需要在高溫、高壓條件下完成，一般溫度控制在125-320C，壓力控制在0.5-10MPa，促使氧氣和水中懸浮態(tài)、溶解態(tài)有機物發(fā)生反應，或者和還原態(tài)的無機物發(fā)生反應，從而形成CO2和H20。該處理技術的應用，要求設備具有耐高溫、耐高壓、耐腐蝕的性質(zhì)，由于前期投資大，不利于大規(guī)模使用。超聲氧化法簡單來說，超聲氧化法就是使用超聲波對溶液進行輻射，促使溶液的溫度、壓力升高，局部生成高濃度的H2O2、?OH，實現(xiàn)有機物降解的目標。實踐應用表明，單獨采用超聲氧化法，能夠除去水體中的有機物，但是處理成本高，對于TOC的去除效果不徹底，因此一般聯(lián)合使用。有研究指出［4］，對比超聲、H2O2、超聲+H2O2三種處理技術，將其應用在苯酚模擬廢水中，結(jié)果顯示的超聲+H2O2處理效果優(yōu)于其余兩種處理方案。超臨界水氧化法超臨界條件下，水的氣液相界面會消失，此時流體具備了氣態(tài)、液態(tài)的性質(zhì)容易和非極性有機物互溶，但是不能溶解有機物，從而實現(xiàn)去除有機物的目標。相反應速度快，能將有機物分解成小分子化合物，聯(lián)合應用催化劑，還能提高反應效率。超臨界水氧化法的特點如下［5］：一是應用范圍廣，氧化分解的對象基本上涵蓋了所有的有機污染物；二是有機物在氧化過程中會產(chǎn)生熱量，能滿足維持反應需求；三是整個反應過程處于密閉容器中，不會產(chǎn)生二次污染；四是反應器的組成結(jié)構(gòu)簡單，即使反應器體積小，也能夠處理大流量的有機物。光化學氧化法光化學氧化法是在光的刺激下，促使氧化劑產(chǎn)生更多的自由基?OH,從而提高氧化能力，對有機物進行快速降解。根據(jù)氧化劑的不同進行分類，常見如UV+H2O2、UV+O3、UV+H2O2+O3等。以UV+H2O2為例，臭氧的分解率明顯提高，?OH的數(shù)量增多，從而改善了污染物的處理效果。在光化學氧化法的基礎上，又提出了光催化氧化法，指的是采用半導體作為催化劑，經(jīng)過光的照射，表面價帶電子會轉(zhuǎn)移到導帶，如此價帶上出現(xiàn)空穴，具有較強的得電子能力。和H2O接觸后，會導致電子失去形成?OH，然后和水中有機物反應，降解成為小分子，實現(xiàn)污染處理目標。常見的半導體催化劑有ZnS、ZnO、TiO2等，其中TiO2不僅催化性能強，而且具有良好的耐光腐蝕性，材料本身容易獲得，因此應用比較廣泛。3、高級氧化技術的應用對比通過分析可知，不同高級氧化技術的應用范圍不同，且各自具有一定的優(yōu)點和缺點，具體總結(jié)見下表1。結(jié)語：綜上所述，經(jīng)濟社會的發(fā)展也帶來了水污染，采用一種安全高效的水處理技術，成為污染治理的關鍵。高級氧化技術具有適用范圍廣、反應速度快、處理效果好的特點，因此應用價值高。文中詳細介紹了幾種常見的技術類型，并指出相應的優(yōu)缺點，希望工作人員合理選用，以改善水處理效果。參考文獻：［1］鄭經(jīng)堂，朱超勝,江波等?活性炭纖維與高級氧化技術在水體修復領域的聯(lián)合應用J］.新型炭材料,2015,30(6):519-532.［2］張晏晏，高乃云，高玉瓊等?高級氧化技術去除水中雙酚A研究進展J］.水處理技術,2012,38(8):1-4,14.［3］張志宏.廢水處理中的常用