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高级氧化技术在水处理中的研究进展王子豪

发表时间：2021/6/10 来源：《基层建设》2021年第6期作者：王子豪

[导读] 摘要：在社会经济不断发展的现代社会，人类活动产生的废水正在与日俱增。

        内蒙古工业大学内蒙古呼和浩特 010051
        摘要：在社会经济不断发展的现代社会，人类活动产生的废水正在与日俱增。高级氧化技术在水处理中的合理运用，对我国水资源的可持续发展具有十分积极的影响。本文主要分析高级氧化技术在水处理中的研究进展，从而为我国生态环境的不断优化提供强有力的保障。
        关键字：高级氧化技术；水处理；研究进展
        随着现代工业的不断发展，废水中化学合成有机物的种类和数量得到了明显的增长，这在很大程度上污染了我国现有的水资源，同时也对人民群众的身体健康造成了巨大的威胁。对于一些有毒且难降解的有机化合物而言，生物降解的成效并不是十分理想。近年来，高级氧化技术在水处理中的研究得到了快速发展，对我国水处理问题的高效解决产生了十分积极的影响。
        一、高级氧化技术概述
        水资源是在人类的生产和生活中扮演着十分重要的角色，被人们称之为“生命之源。”但是在人类社会的发展过程中，地球上面临的水污染问题日益严峻，这对人类社会的可持续发展造成了一定的阻碍。切实加强对有机废水的处理工作，对水资源保护工作的高效开展大有裨益。高级氧化技术主要是指在高温高压、光电声辐射以及催化剂等反应条件下，将废水中的大分子难降解有机物氧化为小分子物质，从而达到水处理的根本目的[1]。在当前高级氧化技术的研究进展中，高级氧化技术根据产生自由基方式以及反应条件的不同，主要可以分为Fenton法、类Fenton法、光化学氧化法、光化学催化法、臭氧氧化法、超声氧化法以及湿式氧化法等多种类型。
        二、Fenton法和类Fenton法
        Fenton法主要是指通过Fe2+和H2O2之间的链式反应催化生成•OH，其中H2O2与FeSO4的比值与废水中有机物的降解之间有着十分紧密的联系[2]。但是如果仅仅依靠单一的Fenton进行水处理工作，其有机物降解成果并不是十分理想，其整个水处理过程需要投入的成本也相对较高，并且过量的Fe2+还会造成二次污染，而类Fenton法可以有效弥补这些不足。类Fenton法主要是将Fenton法与微波、电化学以及光化学等技术进行有效结合。在此过程中，紫外线和氧气在Fenton试剂中的引入，可以使得Fenton试剂的氧化能力得到明显增强，同时还能有效降低H2O2的实际投入量。
        三、光化学氧化法和光=化学催化法
        （一）光化学氧化法
        光化学氧化法主要是指在待处理的废水中加入适量的氧化剂，该氧化剂主要包括O3和H2O2，并在可见光或者紫外线的作用下，产生具有强氧化性的•OH，从而将待处理废水中的有机物转化为H2O、CO2以及其他小分子有机物。利用光化学氧化法开展水处理工作，其整个化学反应所需要的时间相对较短，同时也反应条件也较易控制，因此具有较为明显的应用优势。
        （二）光化学催化法
        光化学氧化法与光化学催化法存在着很多共通之处，但是光化学催化法的氧化能力更强，同时对待处理废水中有机物的降解效果也更为显著。为了进一步优化光化学催化法的应用效果，研究人员必须不断加强对催化剂的研究开发工作，切实提高催化剂的稳定性和催化活性，并对自然界中的太阳光进行充分利用，进一步改进催化剂的固定化技术，从而为高效反应器的研发工作提供良好的先决条件。
        四、电化学氧化法
        电化学氧化法主要是指通过电极反应氧化降解废水中有机物的过程，主要可以被分为直接氧化和间接氧化两种方式。对于直接氧化法而言，水分子在阳极表面上进行放电，产生具有强氧化性的•OH，•OH与难降解有机物发生化学反应，从而达到水处理的根本目的；对于间接氧化法而言，它主要是通过溶液中的C12和C10大的氧化作用，达到水处理的根本目的[3]。目前，电化学氧化法主要被应用于垃圾渗滤液的处理工作中，对COD和NH3—N具有良好的处理效果，但是其处理过程中需要整体耗能相对较大。

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        五、臭氧氧化法
        臭氧具有较强的氧化能力，是一种被广泛使用的强氧化剂。它能够在水中被分解为含氧自由基，但是整个过程具有较高的选择性，同时其氧化速率也相对较低。但是在碱性环境中，OH-会在一定程度上加速臭氧的分解，从而产生大量具有强氧化性的•OH。目前，臭氧氧化法已经在难生物降解有机废水处理中得到了非常广泛的应用，并取得了非常不错的应用效果，这对优化难生物降解有机废水的可生化性具有十分积极的影响。臭氧氧化法在水处理中的应用，其整个过程需要投入的成本相对较高，并且氧化反应具有较高的选择性。针对这种情况，UV/O3、H2O2/O3、UV/H2O2/O3以及TiO2/UV/O3等组合技术得到了较快的发展，这些组合技术在很大程度上提高了氧化反应的整体速率，同时也进一步优化了水处理效果。与此同时，组合技术的不断发展，能够切实氧化单独使用臭氧时无法降解的有机物，有效拓展臭氧氧化法在水处理过程中的应用范围。因此提高臭氧利用率，优化臭氧组合技术，是臭氧氧化法的发展研究的重要方向。
        六、超声氧化法
        超声氧化法在水处理中的应用，主要是提高16kHz至1MHz范围内的超声波对溶液进行有效辐射，从而使得溶液产生超声空化现象，从而达到废水处理的根本目的，在此过程中，超声波辐射可以在溶液中形成局部高温高压环境，并生成局部高浓度氧化物形成超临界水，从而达到水处理的根本目的[4]。对于超声氧化法而言，它具有超临界水氧化以及自由基氧化等多种特点，其降解效率十分迅速，降解条件较为温和，不会产生二次污染，因此具有较大的发展前景。超声氧化法的单独使用，能够达到降解废水中有机污染物的目的，但是需要整个过程需要投入的成本较高，并且对于难挥发以及亲水性有机物的降解效果并不显著。针对这种情况，超声氧化法往往和臭氧氧化法、光催化氧化技术、以及Fenton法等技术联合使用，从而切实优化水处理效果，同时有效降低水处理过程中的成本投入。根据相关研究表明，超声氧化法与Fenton法的联合使用，可以对染料废水起到良好的处理作用，其COD的处理率可以达到91.8%，超声氧化法与TiO2光催化法的联合使用，可以有效提高氧化剂的分解能力，在垃圾渗滤液的处理过程中有着较为广泛的应用。
        七、湿式氧化法
        湿式氧化法主要是在高温高压环境下，以氧气或者空气作为主要氧化剂，将废水中的有机物以及还原态的无机物，转换为二氧化碳和水的水处理技术。湿式氧化法对难降解的农药废水具有良好的处理效果，其COD的去除率可以达到98%，色度去除率可以达到99%，其整个操作流程较为简便，并且不会造成二次污染。催化湿式氧化法主要是在湿式氧化法的基础上，通过添加适量催化剂的方式，切实提高该水处理技术的氧化能力，有效降低反应温度和反应压力，从而进一步减少该技术在水处理过程中的成本投入，进一步拓展该技术在水处理工作中的应用范围。在当前催化湿式氧化法的发展研究中，常用的催化剂主要包括Cu、Fe、Mn、Co、Pt、Ni以及Bi等金属元素，或者其中几种元素的组合。在利用催化湿式氧化法处理吡虫啉农药废水的具体实践中，常常采用Cu/Ni作为催化剂，在反应温度为190℃、反应氧分压为1.6MPa的条件下，其COD的去除率高达95%以上。
        结语
        高级氧化技术在水处理中的合理运用，可以有效清除废水中的难降解有机物。切实提高污染物的可生化性，这在很大程度上优化了废水的利用率，为我国水资源的可持续发展奠定了夯实的基础。在此过程中，相关部门要不断加大对高级氧化技术的研究和开发，从而进一步有效拓展高级氧化技术的应用范围，切实降低水处理工作的成本投入。
        参考文献
        [1]宫怡凡.高级氧化技术在水处理过程中的应用进展[J].西部皮革,2020, 42(16):4-6.
        [2]郑祎琳.高级氧化技术在油田水处理中的应用[J].化学工程与装备, 2020(06):130-131.
        [3]鲍红贞.浅谈高级氧化技术在水处理中的应用[J].科技风,2018(16): 119-120.
        [4]吴支备,刘飞.高级氧化技术在水处理中的研究进展[J].山西建筑,2016, 42(08):156-157.