浅谈高级氧化技术在水处理中的应用

鲍红贞

摘 要：高级氧化技术（AOPs）在水处理方面具有很好的效果，在此主要介绍光化学氧化法、臭氧氧化法、电化学氧化法和Fenton氧化法在水处理领域的应用，并对其作用机理进行分析。尝试对比各自氧化法的优势与缺陷，为高级氧化技术在水处理领域的应用提供更多理论依据。

关键词：高级氧化技术；水处理；羟基自由基

近年来，随着经济的飞速发展和世界人口的不断增加，水污染现象越来越严重，许多国家都面临水资源短缺、水污染严重等问题。我国是世界上严重缺水的国家之一，水资源总量约为28000亿m3，位居世界第六，人均水资源总量约为2400 m3，仅位列世界121位，是世界人均水平的1/4[1]。在此情况下，水处理方法的使用起到至关重要的作用。高级氧化技术（AOPs）目前已广泛应用于水处理领域，不仅在饮用水处理方面有很好的消毒效果，在污废水处理方面也能发挥很好的作用。

1 高级氧化技术介绍

1.1 光化学氧化法

光化学氧化法具有氧化能力强、反应条件温和等特点，目前已广泛应用于水处理领域。光化学氧化法主要包括光激发氧化法（如UV/H2O2）和光催化氧化法（如UV/TIO2）。

UV/H2O2法原理主要是利用H2O2作为氧化剂，将H2O2的氧化作用和UV光化学辐射相结合生成强氧化性的·OH，·OH能快速地与有机物反应并将其降解，从而达到处理难降解有机物的目的[2]。UV/H2O2法能降解有机废水中的TOC，可与此同时也会产生一定的消毒副产物（DBPS），因此，UV/H2O2法的使用引来国内外许多学者不同的意见。Dotson等人[3]研究发现，经UV/H2O2处理时THMsFP会有所增加，单独紫外光能量为1000mJ/cm2处理时，中低压紫外灯下THMs 的增量分别为4mg/mgC和13 mg/mgC；如果UV与/H2O2联用，THMs生成势的增量分别为25 mg/mgC（5 mg/L）和37 mg/mgC（10mg/L）。結果显示经过两种方法处理，HAAsFP 都没有发生明显的变化。但Toor等人[4]的研究却发现UV/H2O2对DBPsFP的控制效果在紫外光强度大于1000mJ/cm2、且H2O2的初始浓度大于23mg/L时UV/H2O2能够明显降低THMsFP 和HAAsFP。

光催化氧化具有比光化学氧化更强的氧化能力。其使用的催化剂主要有TIO2、ZNO、WO3、CDS和ZNS等。TIO2因具有高化学稳定性、强催化活性、耐光腐蚀、廉价无毒等优点，所以目前一般使用TIO2作为催化剂。Murray等人[5]的研究则认为，将TiO2溶胶涂在基质上对DOC 和UV254去除效率为89%，对DBPFP 控制效果也很好，相比悬浮催化剂，固定态催化剂可以避免增加过滤步骤以再生催化剂的劣势，可通过紫外光照射能使催化剂在原地得到再生。孙广垠[6]等在最佳实验条件下，采用TIO2粉末光催化氧化法对印染废水进行深度处理，色度和COD的去除率分别达到89%和76.8%。UV/TIO2法不仅在处理染料废水方面被广泛使用，在垃圾渗滤液处理方面也有很好的应用。赵珊等人[7]利用光催化电解联用技术对垃圾渗透液进行处理，结果表明，对COD、TOC、氨氮的处理效果分别达到74%、41%、94%，实现了将有机物成功转化为分子较小的酸。

1.2 臭氧氧化法

臭氧是一种强氧化剂，能够与有机物快速反应，并且无二次污染。对降解水中有机物、COD、除臭、消毒等具有很好的效果。但臭氧成本高，且对某些卤代烃及农药等氧化效果比较差，所以出现了许多臭氧连用组合技术，如UV/O3、H2O2/O3、UV/H2O2/O3等臭氧连用技术，大大提高了臭氧的使用效率。

石枫华等[8]对比研究发现，通过O3/H2O2与O3/MN工艺均可提高不易被单独臭氧氧化的硝基苯的去除效果。HAYASHI等[9]的研究表明，UV/O3体系对有机物的氧化能力比单独使用 O3时增强了10倍以上，UV/O3体系中加入H2O2可增加·OH 浓度，进一步提高处理效率。

臭氧氧化技术不仅在废水中能发挥很大的作用，在饮用水处理方面也有很好的发展。吴悦等[10]发现，臭氧处理含溴饮用水时，会存在直接作用与间接作用，促进溴酸盐的形成。并且水中含有的不同离子在臭氧氧化作用时，也会对溴酸盐的形成产生不同的影响。

臭氧氧化法虽然氧化效果很好，但其产率低、成本高，臭氧的制备方式有待提升，从而使得臭氧氧化得到更全面的应用。

1.3 电化学氧化法

电化学氧化主要依靠水分子在阳极表面放电产生的·OH与有机物发生作用，将有机物质降解去除。电化学氧化分为间接氧化与直接氧化作用。直接氧化依靠的是·OH，间接氧化依靠的时溶液中的其他物质，如HOCL/CLO等氧化剂。电化学技术具有环境友好、无二次污染、不需额外添加物质等优点，近几年来被国内外学者关注。

BERGMANN等[11]研究发现，电化学处理含氯水时，水中会产生氯酸盐甚至高氯酸盐，给饮用水安全带来一定的隐患。电化学氧化法的作用效率主要取决于电极的材质，Comninellis C.[12]根据产生的·OH形态不同将电极分为活性电极（TiO2、Pt等）与非活性电极（BDD）两大类，Pt电极表面存在化学吸附态·OH，而BDD电极表面则存在物理吸附态的·OH。姜俐峰[13]在研究不同阳极电解含溴饮用水时发现，阳极材质的不同，对水中溴酸盐生成的影响也不同。BDD电极对溴酸盐生成的促进作用最为明显。

1.4 Fenton氧化法

Fenton法是属于深度氧化法，主要利用H2O2和Fe之间的链反应催化生成·OH，具有强氧化性的·OH，能氧化大多有机化合物，并将其降解去除，从而达到去除污染物的目的。Fenton法主要应用于废水处理，如垃圾渗滤液等，在饮用水处理方面很少使用。pH、H2O2和FE投加量是影响Fenton法处理垃圾渗滤液效果的主要影响因素。

郑怀礼等[14]根据日光辐射强度随时间的变化规律，，选择光强最大时间区域进行试验，在Fe2+/H2O2为1/95，Fe2+浓度为5.00 mmol/L，H2O2浓度为5.70×102 mmol/L，pH值为2.5的条件下，结果发现，光助Fenton技术对垃圾渗滤液的色度有较好的去除效果。吴彦瑜[15]发现Fenton试剂能在较宽初始pH范围（2.0～5.0）内有效降解腐殖酸.当反应时间为2h，腐殖酸A400降低值（78.2%～94.5%）比UV254（75.6%～88.4%）高，COD去除率（50.8%～62.5%）比TOC（31.2%～35.1%）高。

2 结论

高级氧化技术是一门新型的、对环境污染小的催化氧化技术，不同的高级氧化技术在不同领域有不同的作用效果，我们应该深入了解各种高级氧化技术，使其在水领域发挥更好地作用。

参考文献：

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