簡(jiǎn)述廢水處理的高級(jí)氧化技術(shù)

廢水處理中高級(jí)氧化技術(shù)也叫作深度被氧化技術(shù)，以生成擁有強(qiáng)氧化能力的羥基自由基(·OH)為特征，在高壓高溫、電、聲、光輻照、催化劑等發(fā)生反應(yīng)狀態(tài)下，能夠使大分子難生物降解有機(jī)物被氧化成微毒或沒(méi)毒的小分子化合物。依據(jù)生成自由基的方式和發(fā)生反應(yīng)狀態(tài)的差異，可將其分為光化學(xué)氧化、催化濕式氧化、聲化學(xué)氧化、臭氧氧化、 電化學(xué)氧化、Fenton氧化等。

二、高級(jí)氧化處理技術(shù)

1.光化學(xué)被氧化法

1.1基本原理

光化學(xué)被氧化法基于發(fā)生反應(yīng)狀態(tài)柔和、被氧化能力強(qiáng)，近些年進(jìn)步迅猛，但基于發(fā)生反應(yīng)狀態(tài)的限制，光化學(xué)法處理有機(jī)物的時(shí)候生成多種芳香族有機(jī)的中間體，導(dǎo)致有機(jī)物生物降解不太徹底，這成為了光化學(xué)被氧化要克服的難題。

光化學(xué)被氧化法有光激發(fā)被氧化法(如O3/UV)和光催化氧化法(如TiO2/UV)。

光激發(fā)被氧化法主要是以O(shè)3、H2O2、O2和空氣做為氧化劑，在光輻射的作用下生成·OH;光催化氧化定律是在發(fā)生反應(yīng)溶液中添加定量的半導(dǎo)體催化劑，使其在紫外光的直射下生成·OH，二者是利用·OH的強(qiáng)氧化作用對(duì)有機(jī)的污染物開(kāi)展處理。當(dāng)中，被氧化作用較好的是紫外光催化氧化法，它的的作用基本原理是讓有機(jī)化合物中的C-C、C-N鍵吸取紫外光的能量而破裂，使有機(jī)物逐步生物降解，最終以CO2的形態(tài)脫離體系。

1.2特征與應(yīng)用范圍

(1)在印染廢水、表面活性劑、農(nóng)藥廢水、含油廢水、氰化物廢水、制藥廢水、有機(jī)磷化合物、多環(huán)芳烴等 廢水處理中，都能高效地開(kāi)展光催化反應(yīng)，使其轉(zhuǎn)換為無(wú)機(jī)小分子，不易引入任何的其它化合物到體系中，實(shí)現(xiàn)充分無(wú)害化的目標(biāo)。

(2)光催化氧化反應(yīng)對(duì)很多無(wú)機(jī)物，如CN-、Au(CN)2-、SCN-、Cr2O72-、Hg(CH3)2、Hg2+等的去除也有廣泛的應(yīng)用前景。

(3)能夠去除各類(lèi)水內(nèi)的微生物、細(xì)菌和霉菌。

(4)弊端：紫外光的吸取區(qū)域偏窄，光能利用效率較低;要克服透光度的難題，懸浮物和較深的色度都不益于光線穿透，干擾光催化作用;運(yùn)轉(zhuǎn)成本增加。

2.催化濕式氧化法

2.1基本原理

催化濕式氧化法(CWAO)指在高溫度(123℃～320℃)、高壓力(0.5～10MPa)和催化劑(氧化物、貴金屬等)存有的前提下，將廢水中的有機(jī)污染物和NH3-N氧化分解成CO2、N2和H2O等沒(méi)害成分的方式。

2.2特征與應(yīng)用范圍

(1)催化濕式氧化法具備凈化效率高，流程簡(jiǎn)便，占地面小等特征，有廣泛性的工業(yè)應(yīng)用前景。

(2)催化濕式氧化(CWAO)適用處理焦化、染料、農(nóng)藥、印染、石油化工、皮革制品等工業(yè)中含高化學(xué)需氧量(COD)或含生物化學(xué)法無(wú)法降解的有機(jī)化合物(如氨氮、多環(huán)芳烴、致癌物BAP等)的各類(lèi)難處理的工業(yè)有機(jī)廢水。

(3)濕式氧化工藝特別適用處理高濃小水量的工業(yè)廢水。

(4)弊端：高壓高溫設(shè)施花費(fèi)大，投資高;通常間歇性運(yùn)作模式，處理費(fèi)用也較高。

3.超聲化學(xué)氧化

3.1基本原理

超聲化學(xué)氧化主要是運(yùn)用頻率在15kHz-1MHz的聲波，在細(xì)微的范圍內(nèi)瞬問(wèn)高壓高溫下生成的氧化劑(如·OH)除去難降解有機(jī)物。此外一類(lèi)是超聲波吹脫，具體用來(lái)廢水中高濃的難降解有機(jī)物的處理。

以相應(yīng)頻率和壓強(qiáng)的超聲波照射到溶液時(shí)，在聲波負(fù)壓力功效下溶液中生成了空化泡，在之后的聲波正壓相的功效下空化泡迅速崩潰，所有過(guò)程產(chǎn)生在納秒至微秒的時(shí)長(zhǎng)內(nèi)，氣泡迅速崩潰隨著氣泡內(nèi)蒸汽相的隔熱壓縮，生成瞬時(shí)的高壓高溫，生成所謂的“熱點(diǎn)”，同時(shí)生成有劇烈沖擊力的高速微射流。進(jìn)到空化泡中的水蒸汽在高壓高溫下產(chǎn)生分裂及鏈反應(yīng)，生成·OH、·OOH、·H等自由基及H2O2、H2等成分。

3.2特征與應(yīng)用范圍

(1)設(shè)施易得，操控簡(jiǎn)便，方便使用。

(2)可把有毒有機(jī)物降解為毒素較小甚至是無(wú)毒的小分子，降解速度快，不易產(chǎn)生再次污染等問(wèn)題。比如對(duì)鹵代烴、鹵代脂肪烴等，光催化氧化、臭氧氧化、生物采取處理均會(huì)生成難以降解的情況，而使用超聲降解可得到較好的功效。

(3)弊端：需損耗大量的能量，大多數(shù)屬實(shí)驗(yàn)室環(huán)節(jié)，還難以達(dá)到產(chǎn)業(yè)化。

4.電化學(xué)氧化

4.1基本原理

電化學(xué)氧化是在電解反應(yīng)器中放進(jìn)有機(jī)物的溶液或懸浮液，利用直流電，在陽(yáng)極上奪得電子使有機(jī)物氧化或先使低價(jià)金屬氧化為高價(jià)金屬離子，從而高價(jià)金屬離子再使有機(jī)物氧化的方式。

電化學(xué)氧化的原理：有機(jī)物的某一些基團(tuán)具備電化學(xué)活性，根據(jù)電場(chǎng)的直接的功效，基團(tuán)構(gòu)造產(chǎn)生變化，進(jìn)而轉(zhuǎn)變有機(jī)物的化學(xué)特性，使其毒性弱化或者消失，提升生物降解性。該方法可分為直接的氧化和間接的氧化。直接的氧化主要是借助水分子在陽(yáng)極的表面上放電生成的·OH的氧化作用，·OH親電進(jìn)攻吸咐在陽(yáng)極上的有機(jī)物而產(chǎn)生氧化反應(yīng)去除污染物;間接的氧化指根據(jù)溶液中Cl2/ClO-的氧化作用去除污染物。

4.2特性與應(yīng)用范圍

(1)能使持久有機(jī)污染物產(chǎn)生分解并轉(zhuǎn)換為不含毒性的可生化降解物質(zhì),又可將之全部礦化為二氧化碳或碳酸鹽等物質(zhì)。

(2)電化學(xué)法對(duì)廢水的色度和COD具備較好的去除功效。

(3)處理油田和石化含苯系的多環(huán)芳烴化合物。

(4)電化學(xué)氧化對(duì)垃圾滲濾液中的COD和NH3-N均有不錯(cuò)的去除功效。

(5)弊端：耗能過(guò)大。

5.臭氧氧化法

5.1原理

臭氧氧化法主要是根據(jù)直接的反應(yīng)和間接的反應(yīng)兩種渠道得到達(dá)到。當(dāng)中直接的反應(yīng)指臭氧與有機(jī)物直接的產(chǎn)生反應(yīng)，這類(lèi)形式具備較強(qiáng)的選擇性，通常是進(jìn)攻具備雙鍵的有機(jī)物，通常對(duì)不飽和脂肪烴和芳香烴類(lèi)化合物較有用;間接的反應(yīng)指臭氧分解生成·OH，根據(jù)·OH與有機(jī)物進(jìn)行氧化反應(yīng)，這類(lèi)形式不具備選擇性。

臭氧具備的強(qiáng)氧化性是由于臭氧分子中氧原子具備強(qiáng)親電子或親質(zhì)子性。臭氧分解后生成新生態(tài)氧原子，在水中可生成具備強(qiáng)氧化作用基團(tuán)-羥基自由基，可迅速去除廢水中的有機(jī)污染物，而自身的分解為氧，不造成再次污染。

臭氧-固體催化劑技術(shù)固體催化劑涉及活性炭、金屬以及氧化物，相結(jié)合臭氧催化氧化塔構(gòu)成高效臭氧反應(yīng)系統(tǒng)。氧化塔可提升COD、TOC去除率，且展現(xiàn)出較好的協(xié)同效應(yīng)，有機(jī)物直接的氧化為CO2和H2O，達(dá)到將大分子有機(jī)物氧化分解成小分子，使其更易于被分解成小分子，使其更易于被降解生化處理的功效;并且，氧化塔可降低30%以上的臭氧投加量，臭氧利用效率能達(dá)98%以上，噸水運(yùn)營(yíng)成本即可降低30%。

5.2特性與應(yīng)用范圍

(1)廣泛運(yùn)用于印染、港口化工品、石化、日用化工、皮革制品、造紙工業(yè)等工業(yè)廢水的深度處理中。

(2)用以廢水處理系統(tǒng)中段，將難于生化大分子有機(jī)降解成小分子，更進(jìn)一步生化處理;用以終端的廢水提標(biāo)升級(jí)改造和廢水深度處理回用。

(3)弊端：該方法的運(yùn)營(yíng)成本較高，在小劑量和短期內(nèi)無(wú)法全部礦化污染物。

6.Fenton氧化法

6.1基本原理

Fenton試劑法處理廢水的基本原理是二價(jià)鐵離子(Fe2+)與過(guò)氧化氫間的鏈反應(yīng)催化形成羥基自由基(·OH)，其具備極強(qiáng)的氧化功能，·OH與有機(jī)物RH反應(yīng)形成游離基(·R)，(·R)則更進(jìn)一步氧化形成CO2和H2O，進(jìn)而大幅度降低廢水的COD。與此同時(shí)，·OH具備很高的電負(fù)性或親電性，它的電子親和能力達(dá)569.3kJ之高，具備較強(qiáng)的加成反應(yīng)特征 ，因此Fenton試劑可無(wú)選擇性或低選擇性的氧化水中的大部分有機(jī)污染物。

芬頓在處理污水系統(tǒng)的環(huán)節(jié)中，應(yīng)先調(diào)pH值，添加硫酸亞鐵，再添加雙氧水，待反應(yīng)一定時(shí)間后再完成加堿(如氫氧化鈉)回調(diào)pH值的流程完成，回調(diào)以后更好加些絮凝劑，完成沉淀處理。

6.2特征與應(yīng)用范圍

(1)尤其適用生物難降解、生物低降解或普通化學(xué)氧化劑無(wú)法見(jiàn)效的有機(jī)污染物的氧化處理。

(2)可氧化破壞各種有毒有害的有機(jī)物，反應(yīng)條件溫和(需高溫高壓)，設(shè)施簡(jiǎn)便。

(3)弊端：用到的藥劑量多，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，氧化功能還不太強(qiáng)，一些有機(jī)物還無(wú)法被破壞，需依靠紫外光、超聲波、臭氧等完成強(qiáng)化。

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