中山大學(xué)－高級氧化技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用

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1、高級氧化技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用ApplicationofadvancedOxidationTechnologiesinWastewaterTreatment伍復(fù)勝092129941主要內(nèi)容高級氧化技術(shù)概述2技術(shù)組合與改進(jìn)在廢水處理中的應(yīng)用3存在問題和展望高級氧化技術(shù)概述目前廢水處理最常用的生物法對可生化性差、相對分子質(zhì)量從幾千到幾萬的物質(zhì)處理較困難，而化學(xué)氧化法可將其直接礦化或通過氧化提高污染物的可生化性，同時還在環(huán)境類激素等微量有害化學(xué)物質(zhì)的處理方面有很大的優(yōu)勢，而O3、H2O2、Cl2等氧化劑的氧化能力不強(qiáng)且有選擇性，難以滿足要求。1987年Gaze等人提出了高級氧化法（Advanc

2、edOxidationprocessible，AOP)，可以處理工業(yè)廢水中含有的大量有毒難降解有機(jī)污染物，如多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯、除草劑、殺蟲劑和染料等。高級氧化技術(shù)的關(guān)鍵是產(chǎn)生高活性的羥基自由基（·OH），一般采用加入氧化劑、催化劑或者借助紫外光、超聲波等多種途徑產(chǎn)生。按所用的氧化劑和催化條件的不同，高級氧化技術(shù)通常包括Fenton和類Fenton試劑法、組合類臭氧法、半導(dǎo)體光催化氧化法、超聲化學(xué)氧化法、濕式催化氧化法、超臨界氧化法、電化學(xué)法等。無論是哪種高級氧化體系，·OH都是氧化劑的主體。高級氧化技術(shù)就是不斷地提高·OH的生成率和利用率的過程，·OH反應(yīng)是高級氧化技術(shù)的根本特點。氧化

3、有機(jī)物的機(jī)理H2O2進(jìn)一步分解為OH·OH具有很強(qiáng)的親電性、氧化性，幾乎能與所有的含氫化合物作用。Li提出了自由基反應(yīng)機(jī)理，認(rèn)為·OH與有機(jī)物反應(yīng)首先是進(jìn)攻有機(jī)物分子中較弱的C-H鍵，見下式：過氧化物通常分解生成分子較小的化合物，這些化合物能迅速斷裂并轉(zhuǎn)化為甲酸或乙酸，甲酸和乙酸最終轉(zhuǎn)化為CO2和H2O。自由基（R·）能與O2作用生成過氧化氫自由基，后者能進(jìn)一步獲得H原子生成過氧化物：·OH還可激發(fā)有機(jī)環(huán)上的不活潑氫，通過脫氫反應(yīng)，生成R·自由基，成為進(jìn)一步氧化的引發(fā)劑?！H還可通過羥基取代反應(yīng)，將芳烴環(huán)上的-SO3H、-NO2等基團(tuán)取代下來，直至完全分解為無機(jī)物。高級氧化法最顯著的特

4、點是以羥基自由基為主要氧化劑與有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)中生成的有機(jī)自由基可以繼續(xù)參加·HO的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，或者生成有機(jī)過氧化自由基后，進(jìn)一步發(fā)生氧化分解反應(yīng)直至降解為最終產(chǎn)物CO2和H2O,從而達(dá)到氧化分解有機(jī)物的目的。與其他傳統(tǒng)的水處理方法相比，高級氧化法具有以下特點：產(chǎn)生大量非?；顫姷摹O，其氧化能力（2.80v）僅次于氟（2.87v），它作為反應(yīng)的中間產(chǎn)物，可誘發(fā)后面的鏈反應(yīng)。技術(shù)特點羥基自由基與不同有機(jī)物的反應(yīng)速率常數(shù)相差很小，當(dāng)水中存在多種污染物時，不會出現(xiàn)一種物質(zhì)得到降解而另一種物質(zhì)基本不變的情況?！O不會選擇地直接與廢水中的污染物反應(yīng)將其降解為CO2、H2O和無害物，不會產(chǎn)生二

5、次污染。普通化學(xué)氧化法由于氧化能力差，反應(yīng)有選擇性等原因，往往不能直接達(dá)到完全去除有機(jī)物降低TOC和COD的目的，而高級氧化法則基本不存在這個問題，氧化過程中的中間產(chǎn)物均可以繼續(xù)同·HO反應(yīng)，直至最后完全被氧化成CO2和H2O，從而達(dá)到了徹底去除TOC、COD的目的。由于它是一種物理化學(xué)過程，很容易加以控制，以滿足處理需要，甚至可以降低10-9級的污染物。同普通的化學(xué)氧化法相比，高級氧化法的反應(yīng)速度很快，一般反應(yīng)速率常數(shù)大于109L·mol-1·s-1,能在很短時間內(nèi)達(dá)到處理要求。高級氧化技術(shù)既可作為單獨處理，又可與其他處理過程相匹配，如作為生化處理的預(yù)處理，可降低處理成本。典型AOP處

6、理工業(yè)循環(huán)冷卻水1894年Fenton首次開發(fā)Fenton試劑并應(yīng)用于酒石酸的氧化中，典型的Fenton試劑是由Fe2+催化H2O2分解產(chǎn)生·OH，進(jìn)而引發(fā)有機(jī)物的氧化降解反應(yīng)。陳文松研究了低劑量Fenton混凝法對印染廢水的處理效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該法特別適合于處理成分復(fù)雜（同時含有親水性染料和疏水性染料）的染料廢水，具有成本低、操作方便的優(yōu)點。Fenton和類Fenton試劑法由于Fenton法處理廢水所需時間長，使用的試劑量多，而且過量的Fe2+將增大處理后廢水中的COD并產(chǎn)生二次污染。近年來，人們將紫外光、可見光等引入Fenton體系，并研究采用其它過渡金屬替代Fe2+，顯著增強(qiáng)Fen

7、ton試劑對有機(jī)物的氧化降解能力，并可減少Fenton試劑的用量，降低處理成本，被統(tǒng)稱為類Fenton試劑法。Kang利用Fenton試劑對染料廢水的色度和COD的去除進(jìn)行了研究，可見光照射160min后TOC去除率達(dá)100％，與Fe2+對H2O的催化作用存在協(xié)同效應(yīng)。另有研究表明，在紫外光和可見光照射下，F(xiàn)enton反應(yīng)速率大大加快，F(xiàn)enton試劑得到了充分利用，廢水的處理效果也得到了很大提高。Verma的研究則表明在一定條件下