废水高级氧化处理的类型、原理及特点

废水高级氧化处理的类型、原理及特点高级氧化技术(AdvancedOxidationProcess，AOP)是指氧化能力超过所有常见氧化剂或氧化电位接近或达到羟基自由基HO•水平，可与有机污染物进行系列自由基链反应，从而破坏其结构，使其逐步降解为无害的低分子量的有机物，最后降解为CO2、H2O和其他矿物盐的技术。高级氧化技术已成为治理生物难降解有机有毒污染物的重要手段，在印染、化工、农药、造纸、电镀和印制板、制药、医院、矿山、垃圾渗滤液等废水的处理上已获得应用。它的优点是：(1)通过反应产生的羟基自由基将难降解的有毒有机污染物有效地分解，直至彻底地转化为无害的无机物，如CO2、N2、SO4-、PO43-、O2、H2O等，没有二次污染，这是其他氧化法难以达到的。(2)反应时间短、反应速度快，且过程可以控制、无选择性，能将多种有机污染物全部降解。它的缺点是：(1)处理过程有的过于复杂、处理费用普遍偏高、氧化剂消耗大，碳酸根离子及悬浮固体对反应有干扰。(2)仅适用于高浓度、小流量的废水的处理，低浓度、大流量的废水应用难。1废水高级氧化处理的类型：高级氧化技术主要分为Fenton氧化法、臭氧联合氧化法、湿式氧化法、超临界水氧化法、光催化氧化法和超声氧化法等几类氧类氧化法等几类。1.1Fenton氧化法Fenton氧化法。1894年，法国人H.J.HFenton发现采用Fe2++H2O2体系能氧化多种有机物。为纪念他后人将亚铁盐和过氧化氢的组合称为Fenton试剂，它能高效氧化去除一般废水处理技术无法去除的难降解有机物。近年来，许多学者倾向于将Fenton氧化法与其他处理方法结合起来处理有机废水，如微电解法、超声波法、生物处理法等等。Fenton试剂法处理废水的实质是二价铁离子(Fe2+)与过氧化氢之间的链反应催化生成羟基自由基(·OH)，其具有较强的氧化能力，·OH与有机物RH反应生成游离基(R·)，(R·)则进一步氧化生成CO2和H2O，,从而大大降低废水的COD。另一方面，·OH具有很高的电负性或亲电性，它的电子亲和能力达569.3kJ之高，具有很强的加成反应特性，因而Fenton试剂可无选择性或低选择性的氧化水中的大多数有机污染物，特别适用于生物难降解、生物低降解或一般化学氧化剂难以奏效的有机污染物的氧化处理。Fenton反应的优点：(1)可氧化破坏多种有毒有害的有机物，适用范围广。(2)反应条件温和，不需高温高压。(3)设备简单，可单独处理，也可与其他方法联合处理。Fenton反应的缺点：(1)使用药剂的量多，过量的二价铁会增大处理后废水的COD值。(2)反应时间长，通常要一到数小时。(3)氧化能力还不太强，有些有机物还不能被破坏，需借助紫外光、超声波、臭氧等进行强化。1.2臭氧联合氧化法臭氧O3因其氧化能力强在水处理中得到广泛的应用，在污水消毒、除色、除臭、去除COD方面均有很好的效果。单独采用臭氧氧化处理存在着臭氧利用率低、降解效果差等问题。为提高臭氧利用率及其氧化能力，将多种催化手段与臭氧进行有机结合，促进臭氧分解生成具有更强氧化能力的·OH，形成了臭氧联合氧化法。O3在水中生成·OH主要有3种途径:在碱性条件下，在紫外光(03/UV)作用下以及在金属催化下。具体方法包括03/催化剂、03/UV,03/H2O2，及03/超声波等技术，这些氧化技术可使臭氧在水处理过程中发挥更大的作用，将水中有机物尽可能地氧化降解。臭氧联合氧化法的研究与应用还处于起步阶段，相关的工艺和配套设备还不够完善，仍存在一些需要进一步深入研究解决的问题。首先，03的在水中溶解度较低，如何有效地使03溶于水，提高03的利用效率需进一步研究解决;其次，由于03产生效率较低，能耗大，研究高效低能耗的臭氧发生装置也成为当前要解决的关键问题之一;再次，03与其它技术的联合使用，需要研制出催化效果好、寿命长、重复利用率高的催化剂。水、有机磷化合物、多环芳烃等废水处理中，都能有效地进行光催化反应，使其转化为无机小分子，达到完全无害化的目的。(3)光催化反应对许多无机物，如CN−、Au(CN)-2、I-、SCN-、Cr2O2-7、Hg(CH3)2、Hg2+等的去除也有广阔的应用前景。(4)可以破坏氰化物，以及电镀常用的各种有机螯合剂和添加剂，而达无害化。(5)可以除去各种水中的微生物、细菌和霉菌。(6)不仅可以破坏稀溶液(废水)中的有机物，而且可以破坏浓溶液(槽液)中的有机物。(7)是一种非常清洁的干处理法，不会引入任何其他物质到体系中。(8)能彻底破坏有机物而使其转化为CO2排出，处理的深度比其他方法高。光催化氧化的缺点：(1)紫外光的吸收范围较窄，光能利用率较低，其效率还会受催化剂性质、紫外线波长和反应器的限制，短波紫外线(波长小于1700Å)比长波的效果好，但短波紫外光较难获得。(2)光催化需要解决透光度的问题，因为某些废水(如印染废水)中的一些悬浮物和较深的色度都不利于光线的透过，会影响光催化效果。目前使用的催化剂多为纳米颗粒(太大时催化效果不好)，回收困难，而且光照产生的电子-空穴对易复合而失活。将光催化氧化技术与其他高级氧化技术联合使用，可以提高处理效率，增强氧化能力，近年来受到研究者的重视。1.6超声氧化法超声化学氧化主要是利用频率在15kHz-1MHz的声波，在微小的区域内瞬问高温高压下产生的氧化剂(如HO•)去除难降解有机物。另外一种是超声波吹脱，主要用于废水中高浓度的难降解有机物的处理。以一定频率和压强的超声波照射溶液时，在声波负压作用下溶液中产生了空化泡，在随后的声波正压相的作用下空化泡迅速崩溃，整个过程发生在纳秒至微秒的时问内，气泡快速崩溃伴随着气泡内蒸气相的绝热压缩，产生瞬时的高温高压，形成所谓的“热点”，同时产生有强烈冲击力的高速微射流。进入空化泡中的水蒸气在高温高压下发生分裂及链式反应，产生HO•、HOO•、H•等自由基以及H2O2、H2等物质。声化学反应的途径主要包括高温高压热解反应和自由基氧化反应两种。超声氧化的优点有：(1)设备易得，操作简单，使用方便。(2)可把有毒有机物降解为毒性较小甚至无毒的小分子，降解速度快，不会造成二次污染等问题。例如对卤代烃、卤代脂肪烃等，光催化氧