环境工程学报
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水处理中高级氧化技术的应用

  摘 要:高级氧化技术可用于处理高浓度、高毒性、可生化性差的废水。本文以高级氧化技术为研究对象,对该技术的主要方法在水处理中的反应机理及优缺点进行分析,并阐述了各方法在污水处理应用情况。


  关键词:污水处理 高级氧化技术 应用一、高级氧化技术概述高级氧化技术是利用化学或物理化学方法将废水中的污染物转变为二氧化碳、水或其他低毒、易生物降解的物质。该技术主要包括Fenton法、光催化氧化法、臭氧氧化法、电化学法、超临界水氧化法等。现对各方法的反应机理及优缺点进行分析。


  1.Fenton法Fenton法是用Fe2+催化分解H2O2产生?OH来降解污水中的污染物,该方法反应条件温和、设备投资省、操作方便、成本较低,但Fe2+用量大、H2O2的利用率不高,反应过程不能使有机物充分矿化。


  2.光催化氧化法光催化氧化法的反应机理是氧化剂在光的催化作用下产生?OH降解有机物,该方法结构简单、操作条件容易控制、氧化能力强、无二次污染,但光能利用率低、电子-空穴复合率高、量子效率低。


  3.臭氧氧化法臭氧氧化法是通过臭氧与污染物反应生成无明显毒性、易生化讲解的产物来对污水进行处理,该方法适应性广,处理效率高,不会造成二次污染,但运行成本高。


  4.电化学法电化学法通过电极作用产生活性基团(如超氧自由基(?O2)、H2O2、?OH等)氧化降解有机物,该方法处理效率高、操作方便、兼有凝聚、杀菌等功能,不需添加催化剂,避免二次污染,但存在析氧、析氢副反应、能耗大、设备成本高等问题。


  5.超临界水氧化法超临界水氧化法是以374℃、22.1MPa的超临界水作为反应介质,利用氧气或H2O2氧化分解有机物,该方法反应速率快(<1min),处理彻底,不形成二次污染,可以依靠反应过程中放热来维持反应所需的温度,甚至回收热能,但对设备及工艺要求高,一次性投资大;存在设备防腐和盐沉积问题。


  二、高级氧化技术在水处理中的应用1.Fenton和类Fenton法Fenton和类Fenton法主要用于处理难生物降解或一般化学氧化难以奏效的有机废水。类Fenton法包括光-Fenton法、电-Fenton法、微波-Fenton等。朱江[1]利用Fenton试剂处理橙黄G染料废水,对pH值、反应时间、反应温度及Fe2+和H2O2的浓度对COD去除率的影响进行了研究。pH值在2和3之间时,去除率最高;随着反应时间的延长,去除率先上升而后趋于平缓;反应温度对COD去除率影响不大;对于浓度为200mg/L的橙黄G染料废水,最佳Fe2+和H2O2浓度分别为200mg/L(1.32×10-3mol/L)、0.75ml/L(6.6×10-3mol/L),[Fe2+]/[ H2O2]=0.22<1,属于低比率的[Fe2+]/[ H2O2]。 潘汉平[2]采用微波辐射强化Fenton技术处理模拟络合重金属废水,并通过正交实验、单因素优化实验,确定了体系的最佳反应条件。试验证明,微波-Fenton法对络合态重金属和有机物具有较好的去除效果。


  2.光催化氧化法光催化氧化法主要用于处理染料、农药及其它含难降解污染物的废水。梁军采用纳米TiO2为催化剂材料对单一苯酚废水进行处理,在中压汞灯照射下,最佳处理条件为pH=3,纳米TiO2用量40mg/L,反应时间1H,最佳条件下苯酚去除率达69.01%。史亚君利用纳米TiO2光催化氧化法对制革废水进行处理,初始pH=6,光照6H,纳米TiO2 100mg/L,催化助剂FeCl33.36mg/L条件下,COD和色度去除率分别为65%、91.4%,有效提高了废水的可生化性。


  3.臭氧氧化法臭氧氧化法主要用于处理难生物降解的有机废水,对废水进行预处理提高废水的可生化性,或对色度较高的废水进行脱色处理。冯?等采用臭氧氧化法对某厂染料废水生化出水进行深度处理,在pH=2.5~11范围内,初始pH值越高,处理效果越好;加载微孔膜片(5μm),臭氧利用率可提高10~30%,去除率COD提高了30%,TOC提高了16%。夏晓武等利用臭氧预处理高浓度有机农药废水以提高其可生化性,联用传统的生化处理技术,处理后的农药废水能够稳定实现达标排放,污染物COD的平均去除率可以达到95%以上。乔维川等利用臭氧氧化法对制浆造纸废水进行深度处理,接触时间5min、pH=8时,废水CODCr去除率>80%,色度去除率93.34%。


  4.电化学法电化学法用于处理可生化性较差的工业废水,处理方法包括:电化学氧化法、电化学还原法、电絮凝法、内电解法、电渗析法。严滨等的研究结果表明,铁屑焦炭微电解法对印染污水进行预处理,可有效去除COD和SS等污染物质,降低色度,改善废水的可生化性、降低处理负荷。水口山有色金属集团有限公司第四冶炼厂采用电化学法对重金属废水进行处理,废水经处理后,Pb、Cd、Zn、As浓度分别为0.03mg/L、0.022 mg/L、0.166 mg/L、0.009 mg/L,均达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级标准,出水水质接近饮用水标准。


  5.超临界水氧化法超临界水氧化法适用于有机废水及污泥的处理。向波涛等用超临界水氧化法处理硫化铵废水进行处理,反应迅速,产物包括S2O32-、SO32-、SO42-,S2-的去除速率随反应时间、温度、压力、氧气浓度的增大而升高。张洁等用超临界水氧化法处理偶氮燃料C.I.活性橙7,试验结果表明,试验条件下,总氮去除效果较好,去除率为20.10~64.16%,但氨氮质量浓度极少,反应温度、氧化系数、初始COD质量浓度、反应实践和pH值对总氮去除率的一次影响均为正向作用。


  三、结语目前,高级氧化技术已在工业、农业等多个领域的污水处理中有了广泛的应用,对高浓度、高毒性、可生化性差的废水具有较好的处理效果,但仍存在处理成本较高、反应条件苛刻等问题。随着污水处理技术的发展,高级氧化技术的各项工艺参数、反应条件将会得到进一步优化,该技术在污水处理领域将得到更为广泛的应用。


  参考文献[1]梁军。 纳米二氧化钛光催化氧化法处理苯酚废水的研究[J]. 黑龙江科技信息,2009 (34):12-13.


  [2]严滨,傅海燕,柴天。微电解在处理印染废水中的应用研究[J].厦门理工学院学报,2008,12(1):18-22.


  作者简介:高美香,女,1986年1月生,福建莆田,莆田市排水管理处,硕士研究生。


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