难降解有机废水的高级氧化技术-许涛

环境信息难降解有机废水的高级氧化技术许涛宋国勇(大连市环境科学设计研究院大连116023)(大连开发区环保监察大队大连116000)摘要概述了目前难降解有机废水处理过程中采用高级氧化技术的一些进展,介绍了几种方法的原理和应用现状,指出了该领域研究中存在的问题和发展动向。关键词高级氧化技术有机废水氧化剂AbstractAdvancedAOPsprocessfororganicwastewatertreatmentwasreviewed,andbasedonTheintroductionoftreatmentprincipleandapplicationstatustheissuesexistinginstudyaspectsandstudytrendwerepointedout.KeywordsAOPsorganicsewageoxidant许多工业废水存在着有机物浓度高、成分复杂、难生物降解等特点,而常规生化法处理效率很低,高级氧化技术(AdvancedOxidationProcesses,AOPs)作为新型水处理技术研究进展迅速并得到应用。AOPs反应机理目前普遍认为是自由基氧化机理,即利用复合氧化剂、光照射、电或催化剂等作用,诱发产生多种形式的强氧化活性物质(·OH、HO2·、过氧离子等),尤其是·OH,几乎无选择性地与废水中的任何有机污染物反应,彻底氧化污染物为CO2、H2O或矿物盐。AOPs分类有多种。曹兰花1〕将AOPs分为三大类,即常规高级氧化法、湿式氧化法和电催化氧化法。常规高级氧化法又可分为传统高级氧化法、光催化氧化法及多相催化氧化法。湿式氧化法又可分为湿式空气氧化法、湿式催化氧化法、超临界水氧化法等。温东辉〔2〕将催化氧化法分为湿式催化氧化法、光催化氧化法、均相催化氧化法和多相催化氧化法。1高级氧化技术1.1湿式催化氧化法-CWOCWO指〔4〕高压、高温条件下,以富氧气体或氧气为氧化剂,利用催化剂加快废水中有机物与氧化剂间的呼吸反应,使废水中有机物及含N、S等毒物催化氧化成CO2、H2O及N2、SO2-4等无害物。与生化法、物化法等相比,CWO具有高效、快速、无二次污染、占地少等优点。其缺点是需要高温、高压设备与配套设施,催化剂损耗大,易发生中毒、致污等现象而失活。目前国内外学者正致力于研制性能优良、具有广谱催化作用的高稳定性催化剂;研制能使气、固、液充分接触,分离氧化效果好,且耐酸碱腐蚀的高效反应器;降低废水处理过程所需温度、压力等条件。据悉,CWO法在日、美等发达国家已用于焦化废水、农药废水、活性污泥等高浓度有机废水处理。目前国内尚未工业应用,不少学者在实验室处理造纸草浆黑液、煤气废水、有机磷农药废水等,取得了良好的效果。1.2超临界水氧化法—SCWOSCWO法原理是超临界态水具有极低的介电常数和良好的扩散、传递性能,许多有机污染物可以按任何比例溶于其中,且O2、H2、N2都可以与超临界水混溶,从而使超临界水氧化反应成为均相反应,可将难降解的有机物在短时间内彻底氧化为CO2、N2、H2O等无毒小分子。该法可用于各种有毒物质、废水的处理,且在有机物含量>2%时即可实现自热,无需外界供热。美、日等国对SCWO技术研究开展较早,已在各种有毒有机废水、废物、污泥以及人体代谢废物等方面得到应用。我国对该技术的—44—辽宁城乡环境科技第25卷第3期2005年6月研究刚刚起步,丁军委〔5〕采用此法处理含酚废水,在亚临界及超临界条件下(T=400℃～500℃,P=25.3MPa～30.4MPa),苯酚去除率可达96%。林春绵〔6〕在研究中发现,SCWO对含酚废水去除效果较好,在很短时间内有机物的降解率达99%。尽管SCWO具有反应器小、结构简单、停留时间短、适用范围广、无需后续处理等优点,但工业化过程仍存在一些技术难题,如反应条件较为苛刻(高温、高压),设备易腐蚀,固体颗粒特别是盐类物质在超临界条件下溶解度很低,容易堵塞反应器管路,如何解决好这些问题是SCWO法工业化应用的关键。1.3光催化氧化法光催化氧化法常用的氧化剂为H2O2和O3,在化学氧化和UV辐射的共同作用下,系统的氧化能力和反应速率都远超过单独使用氧化剂或UV辐射所能达到的效果。李田〔7〕将光催化氧化法严格分为“将UV辐射和氧化剂结合使用的光激发氧化法”和“以N型半导体为敏化剂的光催化氧化法”,这两种光化学催化过程对许多难降解有机物都有迅速的反应去除效果。DavidF.Ollis分析了UV/O3、UV/H2O2以及UV/O3+H2O2等光激发氧化过程中,污染物和溶解的氧化剂的直接光反应由溶液相化学过程控制,而非均相的光催化氧化过程中,非均相催化剂的光反应由催化剂表面反应控制。目前,O3/UV光激发氧化法已被美国环保局指定为多氯联苯废水处理最佳实用技术。可作为