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摘 要： 摘要：隨著時代的發展,各種行業產生的污水更加復雜,污水處理也更加困難。在大量的待處理污水中,有機污染物的含量大大提高,其含有難以進行生物降解的物質,使得傳統污水處理技術需要新的提升。高級氧化技術作為一種以產生羥基自由基來對污染物進行處理的技術,
摘要：隨著時代的發展,各種行業產生的污水更加復雜,污水處理也更加困難。在大量的待處理污水中,有機污染物的含量大大提高,其含有難以進行生物降解的物質,使得傳統污水處理技術需要新的提升。高級氧化技術作為一種以產生羥基自由基來對污染物進行處理的技術,相比普通氧化劑,具有更好的處理效果,在污水處理研究中廣為關注。
關鍵詞：高級氧化技術;污水處理;應用
1高級氧化技術的優勢
高級氧化技術在有機廢水的預處理方面已經獲得巨大的關注。高級氧化技術通過產生羥基自由基來達到氧化處理的目的,而羥基自由基比氯氣、過氧化氫等一般氧化劑的氧化電位高得多,所以可以產生更好的氧化效果。高級氧化技術進行氧化后,有機物甚至可以被氧化為二氧化碳和水[1]。其具體優勢如下:反應產生大量自由基,其氧化能力很強,其氧化電勢(2.80V)僅低于氟(2.87V),還可以作為誘發鏈式反應的中間產物;羥基自由基可以和污水中被氧化的物質直接反應,且不產生新的污染物,無二次污染;其不僅可以獨自進行污水處理,還可以串聯其他污水處理單元,使得處理效果更佳;操作容易控制,可以針對不同的目標進行處理[2]。
2高級氧化技術在污水處理中的應用
2.1Fenton氧化法
Fenton氧化法主要指的是pH在2～5的酸性環境下,通過Fe2+與H2O2發生鏈式反應,從而生成·OH(氧化電位為2.8V),對有機物進行氧化降解。其在發生反應過程中,會受到溶液溫度、pH值、H2O2濃度、停留時間等因素的影響。Fenton試劑具有強氧化性,可適應大多數的污水處理需求,不僅可以作為預處理和深度處理,同時也能夠完成獨立污水處理的需求。Fenton氧化法具有成本低、工藝操作簡單、反應速度快,氧化效率高等優點。由于Fenton氧化法對pH值的要求較高,如果偏離適宜的pH值范圍,則無法保障實際處理效果。其次,Fenton氧化法在污水處理過程中使用過量的Fe2+將產生二次污染。通常情況下只適合用于處理少量、濃度較低的污水,且無法對有機物進行徹底礦化處理,所以通常將其作為預處理,或者可以針對實際情況,與其他處理方法聯合使用。隨著技術的不斷發展與更新,已經有學者將紫外光、可見光引入到Fenton體系當中,被稱為類Fenton反應,這樣可有效降低處理方法的成本,從而大幅度提升反應效率和處理效果[3]。
2.2高級氧化技術在印染廢水處理中的應用
印染行業產生的廢水占工業廢水的35%,含有大量的色素染料、漿料和堿劑。廢水的有機物含量多,堿性強,水質變化多,是一種難以處理的工業廢水。傳統廢水處理方法(如吸附、混凝)操作簡單,但對印染廢水的處理效果不好,人們需要進行深化處理。高級氧化技術可以有效處理印染廢水中的難降解有機物,降低色度,其適用范圍廣泛、效率高,其在印染廢水處理上有著較好的應用前景。
李昊等應用[4]臭氧氧化法處理印染廢水,試驗發現,臭氧的通氣時間大于30min后,繼續通氣,廢水的COD和色度去除率增幅都有減小,最佳的臭氧通氣時間為30min;隨著廢水pH的升高,廢水的COD和色度去除率都得到提升,當pH大于10時,去除效果最為明顯。
UV/O3法和Fenton法在印染廢水深度處理中的應用,結果發現,UV/O3法對印染廢水色度的去除效果好,Fenton法對印染廢水COD的去除效果好。影響臭氧氧化的因素分別為廢水pH、反應器的高徑比、臭氧通入量和臭氧產生量,試驗結果表明,在廢水pH=9,反應器的高徑比為12,臭氧通入量為160mg/L,臭氧產生量為8g/h時,COD的去除率為52.87%,色度去除率為98.1%,因此臭氧氧化對印染廢水的處理效果較好。當采用Fenton法時,在最佳的試驗條件下,COD去除率為71%,色度去除率為97%[4]。
2.3臭氧氧化法
依照臭氧和污染物之間的不同反應方式，臭氧氧化法可以分為兩種，一種是臭氧間接反應，另外一種是臭氧直接反應。臭氧反應主要對有機物當中的雙鍵結構進行破壞，讓有機物逐步轉化為小分子，在應用過程中可以有效打破有機物的雙鍵結構。臭氧直接氧化反應，在應用過程中，具有一定的選擇性，而且反應的速率較低，無法有效對污水進行凈化，因此主要在工業廢水預處理階段使用，可以讓廢水的B/C比增加，而臭氧間接反應主要是臭氧在水中首先分解產生羥基自由基，接著羥基自由基對有機物進行氧化。這種反應不具有選擇性，在應用的過程中氧化程度較高，而且反應速度快，優點較多，廣泛應用于工業廢水處理當中。臭氧間接反應的時候，臭氧在水中生成羥基自由基的條件有三種，即金屬催化物條件，紫外線條件以及堿性條件。目前相關研究報道，自制的負載型二氧化鈦作為催化劑來對臭氧催化使其對水溶性腐殖質進行氧化，能夠提高氧化的效果。通過實驗分析發現，利用二氧化鈦作為氧化劑進行臭氧的水處理，可以讓效率提高28.8%，能夠將腐殖酸氧化去除率提高到85%，具有很好的應用效果。
2.4電催化氧化法
電催化氧化是通過直接氧化和間接氧化兩種方式對污染物進行氧化。直接氧化一般經過擴散和降解兩個步驟，溶液中具有還原性的污染物向陽極板的表面擴散，吸附在陽極板表面，經過電子轉移直接失去電子生成毒性較低或無害的產物的過程。間接氧化通過在電解過程中電極表面產生·OH、活性氯(reactivechlorinespecies,RCS)等強氧化劑氧化水中的有機污染物，使污染物最終氧化產物為CO2、H2O或鹽類。謝實濤等人[5]以自制Ti基RuO2-IrO2鍍層形穩電極為陽極，采用電催化技術處理偶氮染料甲基橙模擬廢水。在以濃度20g/l的硫酸鈉溶液為電解質時，自然pH，電極間距為1.0cm，電流密度為30.0mA/cm2，電解1h時，甲基橙的去除效率高達90%以上。
電催化氧化法的處理工藝操作簡便、安全、適應性強同時產生的二次污染較少，但存在電催化氧化反應時電流效率較低并且能耗較高，以及電極材料是電化學氧化技術中最重要的部分，在反應過程中電極容易失活，電極壽命較短，穩定性不高的問題，這些問題限制了電催化氧化法處理廢水的大規模應用，今后電化學氧化領域的研究將著重解決以上問題。
2.5超聲波氧化法
超聲波氧化法主要采用的是16kHz～1MHz波段范圍內的超聲波。水溶液中的污染物在超聲波輻射的條件下,會出現高壓超聲空化、局部高溫、水蒸氣出現分裂等現象,繼而產生高濃度的H2O2以及·OH等氧化物質,最終能夠快速降解水中的污染物。超聲波氧化法主要包括自由基氧化反應以及高溫高壓熱解反應等類型,再結合焚燒、自由基氧化等相關水處理技術,具有操作簡單方便、氧化效率高、無污染或少污染的特點,適用范圍非常廣,具有廣闊的發展前景。超聲波氧化法是一種新興的綠色水處理技術,可以單獨使用,也可以與UV、H2O2、O3、電化學氧化等技術聯合應用,可以顯示出更大的優越性[6]。
3 結論
高級氧化技術目前仍處于發展階段,其中部分技術在實施過程中,因為成本較高,且無法大規模應用與實踐,因此,當前高級氧化技術大多都是和傳統生物處理技術聯合使用,從而提升其自身實際處理效率,節省成本。只有不斷深入研究,加大研發力度,才能夠進一步完善高級氧化技術,為我國社會經濟可持續發展奠定良好的基礎。——論文作者：錢壯
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