高级氧化技术在难降解有机废水处理中的应用

《科技传播》2009•10（合）101应用科学AppliedScience高级氧化技术在难降解有机废水处理中的应用魏奇锋，张珺，王伟杰，代更明机械工业第六设计研究院，河南郑州450007摘要本文介绍了高级氧化技术的特点及分类，详细列举了高级氧化技术在难降解有机废水处理中常见的几种工艺和适用范围，并对高级氧化技术的发展方向进行了展望。关键词高级氧化技术；难降解有机废水；羟基自由基中图分类号X78文献标识码A文章编号1674-6708（2009）06-0101-02近年来，随着工农业的发展和人们物质生活水平的提高，排入水体的化学合成有机物的数量和种类也不断增加，这些物质很多都具有稳定的化学性质，而且生物毒性大，降解速度缓慢，分解不彻底，我们称之为难降解有机物。它们很难通过常规的水处理方法得到去除。因此，找到更新、更有效的处理方法也就成为了人们的研究热点。高级氧化工艺(AOPs)的概念是1987年由Glaze等人提出的，他把AOPs定义为能够产生羟基自由基(·OH)的氧化过程。在AOPs工艺过程当中，通常采用氧化剂、UV光辐射和催化剂的不同组合来产生·OH，再通过自由基与有机化合物之间的加合、取代、电子转移断键等，使水体中的大分子难降解有机物氧化降解成低毒或无毒的小分子物质,甚至直接降解成为CO2和H2O，接近完全矿化[1]。1高级氧化技术的特点1)产生大量非常活泼的羟基自由基·OH，其氧化能力(2.80V)仅次于氟(2.87V)，它作为反应的中间产物，可诱发后面的链反应。2)·OH无选择地直接与废水中的污染物反应将其降解为二氧化碳、水和无机盐，不会产生二次污染。3)由于高级氧化技术是一种物理—化学处理过程，很容易加以控制，以满足处理需要，甚至可以降解10-9级的污染物。4)它既可作为单独处理，又可与其他处理过程相匹配，如作为生化处理的前后处理，可降低处理成本。2高级氧化技术的分类2.1化学氧化技术化学氧化技术是各种高级氧化技术的基础，它是使用化学氧化剂将污染物氧化成微毒、无害的物质或转化成易处理的形态。常用的化学氧化剂包括H2O2、O3、ClO2、K2MnO4和K2FeO4等。化学氧化技术主要用于水处理领域，在有机废气治理中也得到一定应用。2.2催化氧化技术催化氧化技术是在各种氧化技术中有选择性地引入催化剂，提高氧化速率，缓和反应条件，特别适于处理难降解和高浓度有机污染物。著名的Fenton技术就是催化技术成功应用的一个典范。催化氧化技术在气态污染物处理方面主要有机动车尾气净化、SO2/NOx废气催化净化、有机废气催化燃烧等，在液态污染物处理上主要有催化湿式氧化技术、催化超临界水氧化技术等。2.3湿式氧化技术湿式氧化技术是指高温高压下，以空气中的氧为氧化剂(也可用其它氧化剂)，在液相中将有机污染物氧化为CO2、H2O等无机物或小分子有机物的化学过程，包括均相湿式催化氧和非均相湿式催化氧。湿式氧化技术应用范围广，处理效率高，几乎可无选择性地氧化各类高浓度有机废水，特别是毒性大、常规方法难降解的废水，因而，在废水处理方面得到广泛应用与发展。目前主要应用领域有造纸废水、氰化物废水、农药等工业废水。2.4超临界水氧化技术超临界水氧化技术是指在水的超临界状态下，将废水中的有机污染物氧化去除的方法。它是湿式空气氧化技术的强化和改进，同样是以水为液相主体，以空气中的氧为氧化剂，于高温高压下反应。超临界水是有机物和氧的良好溶剂，有机物在富氧超临界水中进行均相氧化，其反应速度很快，在400～600℃下，几秒钟就能将有机物的结构破坏，反应完全、彻底，使有机碳、氢完全转化为CO2和H2O[2]。2.5电化学氧化技术电化学氧化技术去除有机污染物是电氧化与化学氧化技术的结合。包括直接电化学转化(即通过阳极氧化使有机污染物和部分无机污染物转化为无害物质，阴极还原去除水中的重金属离子)和间接电化学转化(即通过电化学反应产生的氧化还原剂使污染物转化为无害物质)。电化学氧化技术主要集中在处理具有生物毒性的难降解芳香族化合物方面。2.6光催化氧化技术光催化氧化技术是利用半导体光催化剂，包括TiO2、ZnO、CdS、WO3、SnO、Fe2O3等，受到光照后，形成电子-空穴对，在水中能产生氧化能力极强的·OH，从而将污染物氧化降解。利用紫外光辐射强化氧化处理，加速污染物的氧化降解，使一些难发生的反应顺利进行，大大提高了氧化降解速率，目前应用较多的UV技术有：UV/O3、UV/H2O2、UV/H2O2/O3、UV/TiO2、UV/O3/TiO2工艺等[3]。2009•10（合）《科技传播》102应用科学AppliedScience2.7超声波氧化技术超声波氧化技术的基本原理是水体中的微气核在超声波场作用下发生震荡、生长、崩溃、闭合过程，该过程是集中声场能量并迅速释放，在空化气泡崩溃的极短时间内，空化气泡及周围的极小空间内出现热点，产生高温和超高压引发产生氧化能力极强的·OH，直接或间接作用于有机污染物，使其降解，因而是集高级氧化、超临界氧化、直接热分解于一体的高级氧化处理技术。2.8微波氧化处理技术微波氧化技术是利用能强烈吸收微波的/敏化剂把微波能传递给那些不直接明显吸收微波的有机物质，从而诱发化学反应，使这些有机物被氧化降解。微波氧化技术也是国内外学者研究难降解有机物处理的热点技术之一。如王金成[4]利用微波技术，研究了活性艳蓝KN-R溶液脱色的可行性，效果良好。3高级氧化技术的发展方向作为污染治理的一种有效手段，高级氧化技术发展方向更值得人们关注。结合国内外研究现状，高级氧化技术发展方向主要集中在以下几个方面：1)现有氧化技术与工艺的不断完善与改进。现有的氧化技术都存在一定的适用范围和局限性，许多技术处理费用偏高，难以实施，且处理效果无法令人完全满意。如前所述，在汽车尾气净化方面，现有的催化技术就难以满足未来排放法规的要求。因此，对现有工艺技术应在氧化剂开发、催化剂研制、反应器设计、工艺条件等方面不断寻求突破，以寻找更完善的技术。2)各种技术的联合运用。单一的氧化工艺有时难以取得理想的效果，将各种技术联合运用才能有效地处理各种复杂的污染系统。现在出现的光电催化氧化技术、UV/H2O2/O3联合工艺就是多种技术联合运用的典范。3)运用新技术开发新的氧化工艺。污染治理属多学科交叉的范畴，如何将各学科中的新技术应用到高级氧化工艺中，开发新的污染治理技术是高级氧化技术发展的主要方向。参考文献[1]孙晓君,冯玉杰,等.废水中难降解有机物的高级氧化技术[J].环保化工,2001,21(5):264-270.[2]赵国方,赵宏斌.有机废液湿式氧化处理的现状与进展[J].江苏化工,200,28(5):23-25.[3]PrengleHW.ExperimentalRateConstantandReactorConsiderationsfortheDestructionofMicropollutantsandTrihalomethanePrecursorsbyOzonewithUVRadiations[J].Environ.Sci.&Tech.,1993,17(4):743-748.[4]王金成.微波辐射处理染料废水可行性的研究[N].环境科学学报,2001,23(3):443-446.党的十六届五中全会作出了加快社会主义新农村建设的重大决定，为了加快黑龙江绥化市新农村建设，绥化市望奎县科协充分发挥部门优势，积极协调涉农部门，依靠专家服务组成员深入基层服务三农，为农业增效、农民增收提供了科技保障。　围绕农业设施建设，绥化市望奎县科协积极开展实用技术培训，他们组织专家服务组和农技协对农民进行科技培训，做到科普讲座集中训，现场指导地头训，实用技术入户训。年初以来，与望奎县农委、畜牧总站等涉农部门，联合举办了大田作物标准化生产、生猪肉鸡养殖技术现场培训班19次，培训农民7000多人次。　围绕农业产业结构调整、现代农业建设，望奎县科协与县农业技术推广中心开展科技博览、创办农业专家大院，向农民推广玉米、大豆、水稻、万寿菊、马铃薯的良种选择、配方施肥、新农药主导品种的介绍及病虫害防治技术。今年，全县共推广四大作物生产栽培新技术10项，推广优良品种12个，优良品种覆盖率达98%，标准化种植面积达200万亩，机播机收率比上年提高15%，有机肥使用量比上年提高了20%。望奎县科协还积极创办农村科普信息化阵地，积极协调农委、网通等部门实施县乡农业信息平台建设、农业信息村村通和宽带入村工程，把农民急需的科技、政策和市场等信息快捷地传递给农民，努力解决农业信息昀后一公里问题。现在，县农业信息网与林业、水务、农机、畜牧、水产等13个部门实现信息共享，以中国望奎政务在线等网站为载体，使全县农业生产动态、农副产品供求信息得以在县、市、省乃至国家的涉农网络上广泛发展，形成县、乡、村上下贯通，农口各部门与各乡镇横向连接的网络服务体系。年初以来，全县农民直接利用的各类农资销售、农产品供求等信息3600余条，利用网络促成交易500余次，销售各类农产品600多吨。黑龙江绥化市望奎科协服务三农打出“组合拳”黑龙江省绥化市科协