高级氧化处理有机污水技术进展-钟理

专论与综述高级氧化处理有机污水技术进展[基金项目]广东省自然科学基金资助项目(990642)钟理,陈建军(华南理工大学化工学院,广东广州510641)[摘要]综述了高级氧化技术的原理,介绍了O3/UV、H2O2/UV、O3/H2O2组合过程及非均相TiO2光催化氧化等几种典型的高级氧化技术,阐述了高级氧化技术降解有机污水的机理以及在水处理中的应用进展。指出,高级氧化过程应用领域应扩展到水体中难降解的持久性有机污染物,并应加强高级氧化过程所需新型反应器的研制,以便进一步强化废水的降解,提高其处理效率。[关键词]高级氧化过程;有机污染物;废水处理[中图分类号]TU992.3;X703.1[文献标识码]A[文章编号]1005-829X(2002)01-0001-05TechnicalprogressinorganiceffluentwatertreatmentbyadvancedoxidationprocessesZHONGLi,CHENJian-jun(CollegeofChemicalEngineering,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510641,China)Abstract:Thebasicprincipleofadvancedoxidationprocesses(AOPs),severaltypicaladvancedoxidationtech-niques,suchasO3/UV,H2O2/UV,O3/H2O2combinedprocessesandphotocatalysisoxidation,thedegradationmechanismofeffluent,andtheirapplicationandprogressinwatertreatmentareoverviewed.Keywords:advancedoxidationprocesses;organiceffluent;wastewatertreatment近几十年来,国内外在难降解持久性有机污染废水处理方面开展了较多的研究,其中高级氧化法以其巨大的潜力及独特的优势在过去的二十多年中脱颖而出。与其他传统水处理方法相比,高级氧化法具有以下特点:(1)产生大量非常活泼的羟基自由基HO·,其氧化能力(2.80V)仅次于氟(2.87V),它作为反应的中间产物,可诱发后面的链反应;(2)HO·无选择地直接与废水中的污染物反应将其降解为二氧化碳、水和无害盐,不会产生二次污染;(3)由于它是一种物理-化学处理过程,很容易加以控制,以满足处理需要,甚至可以降解10-9级的污染物;(4)既可作为单独处理,又可与其他处理过程相匹配,如作为生化处理的前后处理,可降低处理成本。以下将分几个方面介绍高级氧化过程处理难降解有机污水的机理及其应用进展状况。1高级氧化过程概念的提出1894年,Fenton发现Fe2+和H2O2混合后可以产生HO·自由基〔1〕,HO·自由基通过电子转移等途径可使水中的有机污染物氧化为二氧化碳和水,从而降解有害物。可以说,Fenton为高级氧化法谱写了序言。1935年Weiss提出O3在水溶液中可与OH-反应生成HO·自由基〔2〕,1948年Taube和Bray在实验中发现H2O2在水溶液中可离解成HO2-,可诱发产生HO·自由基,随后O3和H2O2复合的高级氧化技术被发现。20世纪70年代,Pren-gle、Cary等率先发现光催化可产生HO·自由基〔3,4〕,从而揭开了光催化高级氧化研究帷幕。近20多年,各种高级氧化法被发现并迅速在水处理中获得应用。Hoigne〔5〕可以说是第一个系统地提出高级氧化技术和机理的学者。他认为高级氧化法及作用机理是通过不同途径产生HO·自由基的过程。羟基自由基HO·一旦形成,会诱发一系列的自由基链反应,攻击水体中的各种污染物,直致降解为二氧化碳、水和其他矿物盐。因此,可以说高级氧化技术是以产生HO·自由基为标志。2O3/UV(臭氧/紫外光)组合过程Prengle和他的合作者在实验中首先发现了O3/UV系统可显著地加快有机物的降解速率,大大—1—2002年1月第22卷第1期工业水处理IndustrialWaterTreatmentJan.,2002Vol.22No.1降低其COD和BOD的含量〔6〕。后来,Glaze,Gurol,Peyton等研究了芳香烃、卤素等有机物的O3/UV氧化过程,提出了臭氧与紫外光之间的协同作用机理〔6〕。Okabe提出的反应机制是,当臭氧被光照射时,首先产生游离氧O,O与水反应产生HO·。Prengle等认为,UV辐射除了可诱发HO·产生外,还能产生其他激态物质和自由基,加速链反应,而这些激态物质和自由基在单一的臭氧氧化过程是不会产生的。Tau