高级氧化技术在污水处理中的应用进展

高级氧化技术在污水处理中的应用进展

韩灼、苏佳亮

中核新能源投资股份有限公司

摘要：现如今，我国经济发展十分迅速，随着工业化和城市化的不断推进，水污染问题日益突显，传统水处理技术难以满足对水质处理的高效、彻底和环保的需求。高级氧化深度处理技术以其独特的优势成为一种备受关注的先进水处理技术。本文旨在深入探讨高级氧化技术的基本原理、优势，并通过对不同领域的应用研究，全面展示其在水处理中的潜在价值和广泛适用性。

关键词：高级氧化技术;污水处理;应用进展

引言

近年来，高级氧化技术因废水处理效率高、应用范围广、无二次污染等优势受到行业人士的广泛关注。本文主要介绍臭氧氧化法、芬顿氧化法、光催化氧化法、湿式氧化法和超声波氧化法等几种高级氧化技术，并结合近年来高级氧化技术在废水中的应用进展，对其原理及优缺点进行分析。最后，展望了高级氧化技术未来的发展方向。

1高级氧化技术概述

面对日益严重的工业废水处理与环境污染问题，高级氧化技术因对难以降解有机污染物处理的卓越性能而成为科研工作者与环境工程师密切关注的焦点。该技术的精髓在于运用具备高度活性的氧化剂—羟基自由基（·OH），攻击和破坏废水中有机物的分子结构，从而实现污染物的有效分解。羟基自由基强大的氧化性赋予高级氧化技术在处理难降解有机污染物方面的显著优势。为了进一步提升污水处理的效能与氧化速率，处理技术的优化已经成为技术研究的重中之重，其中包括开发新型高效催化剂以及电极材料，使这些材料能够在较低的能量消耗下产生更多的羟基自由基，从而提高氧化过程的效能。此外，通过对工艺参数（如pH值、温度、氧化剂浓度等）的精准调控，可以进一步增强氧化反应的速率与效率，细化技术操作也是提升高级氧化技术效能的关键策略之一。精确控制操作条件不仅能够发挥催化剂与电极的最佳性能，还能减少能源的消耗与操作成本。此外，联合应用高级氧化技术与其他水处理技术（如生物处理、吸附等），并针对特定污染物制定定制化处理方案，可以有效解决单一技术难以克服的问题。针对高级氧化技术在实际应用过程中遇到的挑战，研究人员致力于通过机理研究及工艺创新，探索出更加经济且高效的解决方案。例如，通过研究不同催化剂对羟基自由基生成速率的影响，可以优化催化剂的选择与使用。同时，研究人员对于电极材料的研发，不能仅局限于提升其氧化效率，还应包括延长材料的使用寿命和降低材料成本，从而实现处理技术的经济可持续性。

2高级氧化技术在污水处理中的应用进展

2.1湿式氧化技术

湿式氧化技术是指在高温、高压环境下，利用

氧气促进有机化合物的自氧化、均裂和异裂、水解和脱羧等反应以降解污水中的有机物。该技术主要特点：（1）氧化效果受溶液pH的影响显著；（2）结构相似的化合物可能具有不同的去除率；（3）在湿式氧化条件下，化合物可能经历多种不同类型的氧化反应；（4）在多种化合物混合的湿式氧化过程中，各化合物之间的相互作用对去除率有很大影响。总的来说，湿式氧化技术因其适应性强、设备结构简单、占地面积小、处理过程中无二次污染等优点，展现出巨大的应用潜力。然而，该技术对设备材料要求较高，需耐高温、耐高压和耐腐蚀，这也导致了废水处理成本相对较高。

2.2光化学氧化法

在探究水体净化技术领域时，光化学氧化法显现出其独特的优势，尤其是在对水中有机污染物的处理中，可借助光照激发，促进氧化剂释放出具有强氧化能力的羟基自由基及超氧负离子自由基，从而有效破坏污染物的分子结构。其中光激发氧化法作为光化学氧化策略中的精髓，是依靠紫外线的照射，极大地提升了氧化剂对污染物的氧化解构能力，从而在水质净化过程中，显著提高了污染物的去除效率。此外，该方法的应用不仅体现在其对环境的友好性方面，还在于能够有效降低污水处理成本，进一步提升污水净化过程的经济性以及可持续性。该技术通过精准控制处理过程的光照条件以及氧化剂的种类和浓度，可以高效去除废水中的有机污染物，因而在未来水处理领域具有广阔的应用前景。光催化氧化法在处理有机废水方面表现出显著的潜力，尤其是二氧化钛负载于毛竹活性炭并经微波处理后的效果。这一方法不仅能够显著提高废水COD的去除率和脱色率，而且相对于单独使用二氧化钛，其效率也得到了明显提升。然而，利用二氧化钛作为催化剂时的较大带隙能仍然是该技术应用的一个限制因素，需要研究者们进一步研究。与此同时，光化学氧化法因具有较低的成本而备受关注，但也面临着一系列问题，其中包括光利用效率低、制备成本高以及可能产生毒性中间产物等难题。

2.3工业废水处理

高级氧化深度处理技术在工业废水处理中的应用展现出卓越的效果，尤其在染料、制药和石化等行业废水处理方面，其独特的优势得以充分发挥，为解决工业废水治理难题提供了可行而可靠的解决途径。染料生产过程中产生的复杂有机化合物，常使得传统水处理技术难以达到彻底去除的效果。然而，采用高级氧化技术，通过引入强氧化剂如臭氧、过氧化氢等，可以迅速破坏染料分子的结构，将其分解为更简单的化合物，从而高效去除染料废水中的有机污染物。这种技术的高度选择性和效率，使其成为染料废水处理的理想选择，有力应对工业染料废水处理难题。制药过程中产生的废水中通常包含有机物、溶剂以及各种复杂的有机污染物。采用传统的生化处理方法难以彻底去除这些复杂成分，而高级氧化技术的强氧化作用能够在短时间内将这些有机物氧化分解，从而实现对制药废水的高效净化。同时，这种技术不依赖于微生物，克服了传统生化方法对环境条件的敏感性，提高了制药废水处理的稳定性和可控性。石化工业废水中常含有大量的有机物、重金属和油脂等难降解的污染物。采用高级氧化技术，通过臭氧氧化、高能紫外线辐照等手段，可以有效降解和去除这些难处理的废水成分。特别是对于石化废水中的苯、酚类物质，高级氧化技术表现出明显的优势，不仅使水质达到排放标准，而且实现了对废水中有机物的资源化利用。

2.4芬顿氧化法

芬顿法作为一种深度氧化技术，在处理生物难降解和一般化学氧化技术难以处理的有机废水方面具有显著成效，尤其是在处理垃圾渗滤液等含有高浓度有机物的废水方面，其效果更为显著。现以处理COD值为2450mg/L的垃圾渗滤液为例，通过将渗滤液的pH值控制在3左右，并投加适量的Fe2+和过氧化氢，芬顿法能够实现对废水中有机物的有效去除。在实际操作中，为了取得最佳效果，需要控制好各个参数的配比。首先是控制废水的pH值，通常将其调整为3左右，这有利于提高催化剂的活性，促进羟基自由基的生成。其次是投加适量的Fe2+，通常是以0.05mol/L的浓度投入。最后是过氧化氢的加入量需要保持在Fe2+的3～4倍左右，只有这样才能确保生成充足的羟基自由基，从而实现高效的氧化反应。通过这些操作，COD的去除率可以达到80%以上，说明芬顿法在处理高浓度有机废水时具有很高的去除效率，从而为垃圾渗滤液等难处理废水的治理提供了一种可行的技术途径，有望在环保领域发挥更加重要的作用。

结语

高级氧化深度处理技术作为一种先进而高效的水处理手段，不仅在饮用水、工业废水、农业污水、城市污水等传统领域展现出卓越的效果，而且在特殊领域如海水淡化预处理和核废水处理中也呈现出广阔的应用前景。通过引入氧化剂，高级氧化技术能够高效降解各类有机污染物，同时具备无二次污染、节约能源和资源的优势。随着技术的不断发展和完善，高级氧化深度处理技术将在水处理领域发挥越来越重要的作用，为水质净化、资源回收和环境保护提供可行而可靠的解决方案。

参考文献

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