水处理中的高级氧化技术

掾缝奄缀蠢菝燕AdvancedOxidationTechnologyforWaterTreatment薛向东金奇庭(西安建筑科技大学环境与市政工程学院，西安710055)1高级氧化技术的发展厦其特点随着现代化学工业的不断发展，通过各种途径进人水体中的化学合成有机物的数量和种类急剧增加，对水环境造成了严重的污染，直接威胁着人类的健康其中，部分化学物质性质稳定，表现出难于被微生物降解的特性，一般称为难降解有机物。在水处理工程中，含此类物质的废水通常难以采用生物法处理，其稳定的化学结构及生物毒性阻碍了微生物的代谢作用。筏国学者金奇庭对此类物质的生物毒性作了深入的研究．证明必须采取其他非生物处理技术使之去除。这些技术主要包括传统的相态分离过程，如吸附、萃取：混凝沉淀、化学沉淀及膜分离过程等；化学氧化技术作为一种有效的废水处理手段．近年来引起了水处理界越来越多的关注。有机污染物在氧化剂作用下有望被矿化为COz、水及其他无机物，从而最终实现污染物的无害化处置。众多研究表明，生物难于处理的污染物通常具有相应的化学稳定性，难以被常见氧化剂完全矿化，这就要求所采用的化学氧化剂必须具有足够的氧化能力以彻底破坏有机物、这一趋势促使了以产生氢氧自由基·OH为主要特点的高级氧化技术的迅速发展。常见氧化剂的标准电报电位见表1。其数据表明，脒外，氢氧自由基-OH比其他常见氧化剂具有更高的标准电投电位，因此具有更高的氧化能力。高级氧化过程区5{【j于其他氧化方法的特点在于以下几方面：①反应过程中产生大量氢氧自由基·OH②反应速度快．多数有机物在此过程中的氧化速率常数可达l～10zn～s③适用范围广，较高的氧化电位使得·OH几乎可将所有有机物氧化直至矿化④反应条件温和，通常对温度和臣力无要求．不需在强酸或强碱介质中进行。⑤可诱发链反应，由于·OH的电子亲和能为569．3kJ，可将饱和烃中的H拉出来，形成有机物的自身氧化．从而使有机物得以降解，这是各类氧化剂单独使用都不能做到的。⑥可与其他处理技术连用，特别是可作为生物处理过程的预处理手段．难生物降解的有机物在高级氧化过程处理后其可生化性大多可以提高，从而有利于生物法的进一步降解=⑦操作茼单，易于设备化管理。衰1常见氧化剂标准电极电位氧化趔种娄标准电极电位中。／V287280207l77t．68163150l36l_331232高级氧化技术的反应机理厦其应用根据所用氧化剂及催化条件的不同．高级氧化技术通常可分为三类：(1)芬顿试剂法及类芬顿试剂法；{2)臭氧及组合臭氧氧化法；【3)半导体光催化氧化法：21芬顿试剂爰类芬顿试剂法2．11芬顿试剂法芬顿试剂于1894年由HJFenton发现并应用于苹果酸的氧化其实质是二价铁离子(‘1和双氧水之间的链式反应催化生成·OH自由基，基本作用原理如下：‘+H202一一+-0H+OH—F+H!一—}Fe一+l-IO2·+HH‘+H^O2一+}b0+·0HRH十‘0H—R·+H10R·+Fe’一+R+FeR‘+一R00—C吼+l-I20E述系列反应中，·OH与有机物RH反应生成游离基R‘．R‘进一步氧化生成c0。和H0，从而使废水的COD大大降低=在废水pH调至碱性并有0存在时，还会发生下列反应：Fe“‘+l／202十№0+OH一一(oH)j环境保护删·Ⅷ㈣维普资讯http://www.cqvip.com2Fe¨+31hOz+2H2O—一2H2FeO4+6H2H2FeO4+3mo2—2n(OH)3+2H!O+3O2t在一定酸度下，Fe(OH)，以胶体形态存在，具有凝聚、吸附性能，可除去水中部分悬浮物和杂质。2．1．2类芬顿试剂法最早的Fenton试剂仅指H：O与亚铁离子的复合，但近些年来，研究者发现把紫外光、氧气引人Fenton试剂，可显著增强Femon试剂的氧化能力井节约It20：的用量。由于其基本过程与Fenton试剂相似而称之为类Fenton试剂(1)HO2+Lrv系统当过氧化氢被紫外光激活后，反应产物是一个高反应性的·OH自由基。过氧化氢在紫外光存在下的分解过程可用下列式描述：O!十h一2-OHH2O2十h．—一H·+H2O··OH和HO·二者引发了自由基链反应，使H分解-OH+H2O2——÷H2O·十H2OH·+H2仉一-OH+H．OHo2，+O2一·OH+H^O+O2(2)H2O+Fe2+uv系统该氧化系统实际上为芬顿试剂与紫外光照的结合，也被称为光助芬顿法。Pignatello等人的研究结果表明，利用波长大于300rtm的紫外一可见光可明显提高芬顿试剂降解有机物的速率，见下式：hvr,(oIt)一。·OH该过程具有以下优点：1)Fe：在反应中得以再生．从而降低了n的用量井保持了过氧化氢较高的利用率。2)紫外光和亚铁离子对过氧化氢的催化分解存在协同效应。(3)O什F+