高级氧化技术在水处理的研究进展_刘晶冰

水是人类最宝贵的自然资源。社会经济的快速发展，进入水中的有机物数量和种类也随之急剧增加，造成水体的严重污染，尤其是那些毒性较强并且难降解的有机废水更是如此。通过常规的物理、化学、生物方法难以满足其净化要求，这就不得不考虑其它处理方法。随着研究的不断深入，高级氧化技术应运而生并有了显著进展。高级氧化技术（Advancedoxidationprocesses，AOPs）是通过各种光、声、电，磁等物理化学过程产生大量活性极强的自由基（如·OH），该自由基具有强氧化性，氧化还原电位高达2.80V，仅次于F2的2.87V（如表1）。通过这种强氧化性来降解水中有机物，最终被氧化分解为CO2和H2O[1]。根据氧化剂和催化剂的选取不同，高级氧化技术大体可分为以下几类：（1）Fenton法和类Fenton法；（2）光化学氧化法和光催化氧化法；（3）臭氧氧化法；（4）湿式氧化法和湿式催化氧化法；（5）电化学氧化法；（6）超临界水氧化法及超临界水催化氧化法。1高级氧化技术1.1Fenton和类Fenton法1894年，法国科学家Fenton发现在酸性溶液中Fe2+和H2O2的混合溶液能迅速氧化苹果酸，该研究为人们分析还原性有机物和选择氧化有机物提供了新的方法。因此把这种体系称为标准Fenton试剂，使用这种试剂的反应称为Fenton反应[2]。自从1964年加拿大学者首次使用Fenton试剂处理苯酚废水和烷基废水成功后，Fenton法在废水处理的研究和应用日益受到国内外的关注[3]。Fenton试剂能很好地氧化污水中有机物是因为在Fe2+离子的催化下H2O2的分解活化能较低，能够分解产生羟基自由基（·OH）[4]。相比其它氧化剂，·OH具有较高的氧化还原电位。Mandal等[5]运用Fenton法处理工业废水。研究发现H2O2/FeSO4比值对降解有机物有重要影响。当Fe-SO4投加量为6mg·L-1，H2O2投加量为44.4mg·L-1，经过24h后COD的去除率达到60%，而当H2O2的投加量为277.7mg·L-1时，COD去除率高达95%。传统Fenton法虽然具有氧化速率高等特点，但也存在诸多问题。首先所用试剂量大，处理废水时间较长；其次要求在较低pH范围进行；另外Fe2+加入可能会增大废水中COD含量而造成二次污染。基于上述原因，近年来人们将紫外光、臭氧、微波等引入Fenton体系，并研究其它过渡金属代替Fe2+。这些方法都可以增加Fenton法对有机物的氧化降解能力，减少试剂用量，降低处理成本。这些改进技术被称为类Fenton法。表1常见氧化剂的氧化还原电位Tab.1Commonoxidantredoxpotential氧化剂F2·OHO3H2O2MnO2Cl2O2氧化还原电位2.872.802.071.771.681.361.23高级氧化技术在水处理的研究进展刘晶冰1，燕磊1，白文荣2，冯惠谦1，王劼勇2，张文熊1（1.北京工业大学材料科学与工程学院，北京100124；2.北京市北运河管理处，北京101100)摘要：高级氧化技术（AOPs）是目前很受人们关注的新型水处理工艺，特别是对难降解有机废水有其独到之处。着重介绍了Fenton法及类Fenton法、光化学氧化法和光催化氧化法、臭氧氧化法、电化学氧化法、湿式氧化法和湿式催化氧化法、超临界水氧化法及超临界水催化氧化法在水处理中的作用机理和研究进展。如何产生更多的羟基自由基（·OH）是AOPs面临的一个主要问题。研究价格低廉、氧化效率好的氧化剂和催化性能好、稳定性强的催化剂是今后AOPs的主要发展趋势。关键词：高级氧化技术；水处理；催化氧化中图分类号：X703.1文献标识码：A文章编号：1000-3770(2011)03-0011-007收稿日期：2010-05-19基金项目：北京市水务局资助项目（京水科教[2008]01号）作者简介：刘晶冰（1978―），女，副教授，研究方向为功能材料合成与应用；联系电话：010-67392733；E-mail：liujingbing@bjut.edu.cn联系作者：燕磊，硕士研究生；联系电话：13426208336；E-mail：969070076@qq.com第37卷第3期2011年3月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.37No.3Mar.,201111DOI:10.16796/j.cnki.1000-3770.2011.03.003Tony等[6]发现Fenton试剂在UV可见光照射下处理油水乳化液效果有所提高。COD去除率由单独使用Fenton法的42%增加到Fenton/UV联合作用的50%。Yang等[7]采用Fenton法和微波技术处理高浓度制药废水。当微波功率300W，辐射时间6min，pH=4