电化学高级氧化工艺降解有毒难生化有机废水

第17卷第3期化学反应工程与工艺Vol17,No32001年9月ChemicalReactionEngineeringandTechnologySept,2001文章编号:1001-7631(2001)03-263-09专论收稿日期:2000-09-13;修订日期:2000-12-19作者简介:周明华(1975-),男,博士研究生。基金项目:国家教育部科研基金项目(编号98679)和浙江省自然科学基金资助(编号200043)电化学高级氧化工艺降解有毒难生化有机废水周明华,吴祖成,汪大羽军(浙江大学环境工程系,浙江杭州310027)摘要:介绍了废水处理中高级氧化工艺的最新发展——电化学高级氧化工艺的几种典型形式及其原理,综述了该工艺的研究状况和在实际废水处理中的应用情况,展望了该工艺的可能发展和前景。关键词:电化学;高级氧化工艺;废水处理;综述中图分类号:TQ15019X783文献标识码:A1前言随着工业的迅速发展,大量废水排入环境致使污染日益严重。一些成分较简单、生物降解性较好、浓度较低的工业有机废水都可通过组合传统工艺而得以处理,但对于高浓度高毒性废水,如焦化、染料、制药等废水则因技术和经济原因,治理难度较大。因此,探求有效处理高浓高毒难生化污染物的技术,正成为国内外学术界的研究热点。近年来,高级氧化工艺(AdvancedOxidationProcesses,AOPs)因其下述特点而逐渐得到研究者的重视:1)产生氧化能力极强的羟基自由基(°OH),能快速、彻底降解有机污染物直至完全矿化,无二次污染;2)工艺灵活,既可单独处理,又可以与其它处理工艺匹配;3)作为一种物理2化学处理过程,极易控制以满足不同处理需要。常用的高级氧化技术有湿式空气氧化法、超临界水氧化法、光化学氧化法、声化学氧化法、臭氧氧化法等。这些类别的高级氧化技术,有的已用在工程处理上,有的仍在研究探索中。但同时也表现出一些很难克服的缺点,如:湿式空气氧化法、超临界氧化法需要高温高压设备,处理条件苛刻。光化学氧化法常受废水性质的限制[1]。化学氧化法常以过氧化氢为氧化剂,但过氧化氢在运输中易分解而导致氧化效率降低,处理成本增加[2]。臭氧化技术需现场发生,目前臭氧发生技术主要为无声放电,效率低且有NOx二次污染问题[3]。电催化高级氧化技术(AEOP)是最近发展起来的新型AOPs,因其处理效率高、操作简便、与环境兼容等优点引起了研究者的广泛注意[4,5]。它能在常温常压下,通过有催化活性的电极反应直接或间接产生羟基自由基,从而有效降解难生化污染物。但长期以来,受电极材料的限制,该工艺降解有机©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net物的电流效率低,能耗高,难以实现工业化。近二十年来,国外许多研究者从研制高电催化活性电极材料着手,对有机物电催化影响因素和氧化机理进行了较系统研究,取得了较大突破,并开始应用于难生物降解废水的治理。国内这一领域的研究还刚刚起步。因此本文将就AEOP的几种典型工艺及原理,工业应用及其发展趋势作一介绍,以祈对这一领域的研究起概括总结、抛砖引玉的作用。2阳极催化氧化工艺211基本原理阳极催化氧化工艺为利用有催化活性的阳极电极反应,产生羟基自由基一类的强氧化剂,从而氧化降解有机物的一种高级氧化技术。许多研究者认为氧化机理较复杂,包含了高电势下产生的羟基自由基与污染物分子的作用,或有机物分子到达电极表面的电子的直接传递[6]。在阳极极化状态下,阳极氧化物分子空穴(以MOx[]表示)与吸附于电极表面的水分子发生如下反应,生成羟基自由基[7,8]:MOx[]+H2O→MOx[°OH]+H++e-羟基自由基是具有高度活性的强氧化剂,其对有机物的氧化作用可以三种反应方式进行[9]:脱氢反应、亲电子反应和电子转移反应,形成活化的有机自由基,使其更易氧化其它有机物或产生连锁自由基反应,使有机物得以迅速降解。对于芳香化合物降解,大致经历了三个阶段:首先发生羟基化反应,产生芳香环中间产物,这一过程反应很迅速;其次是中间产物开环产生直链有机酸,这一过程反应较慢;最后发生电化学燃烧,产生二氧化碳,这一过程较难发生。电化学燃烧较普通的燃烧,所需的温度低,并且产生的二次污染物少。高催化活性的电极如SnO2电极能彻底氧化有机物至过程终产物二氧化碳和水。而有毒难生化的有机物可通过阳极氧化降解形成有机酸,能提高生化可降解性,因此,这一工艺可作为工业废水生化处理的预处理。212典型工艺按照氧化作用的机制的不同,阳极高级氧化工艺可分为直接氧化和间接氧化两种工艺。阳极直接氧化工艺主要依靠阳极的氧化作用直接氧化有机物。因此,阳极的选择显得至关