高级氧化技术简介

摘要：针对难以降解的工业废水的处理，高级氧化技术是该领域的研究与应用热点。介绍了高级氧化技术的原理及特点，并对几种常见的高氧化技术进行了简述，提出了高级氧化技术的发展前景。为全面了解高级氧化技术提供了基础。

关键词：高级氧化技术；羟基自由基；废水处理

中图分类号：K826文献标识码： A

引言

随着社会的快速发展，水污染成为当前人类社会广泛关注的问题。近年来，进入水体的污染物的数量和种类急剧增加，严重的污染了水环境，并已开始威胁到人类的生存与发展。有机污染物的去除方法中最为常用是生物处理方法。然而传统的水处理方法在解决水体微污染、相对分子量较高、降解性能差的有机污染物方面已经难以满足处理要求，而高级氧化法（Advanced Oxidation Process简称AOP）可将污染物直接矿化或通过氧化提高污染物的可生化性，同时还在环境类激素等微量有害化学物质的处理方面具有很大的优势，具有很好的应用前景[1,2]。

1 高级氧化技术原理及特点

高级氧化技术是通过各种光、声、电和磁等物理化学过程产生大量活性极强的自由基(如・OH)，该自由基具有强氧化性，氧化还原电位高达2.80V，仅次于F2的2.87V[3]。通过这些氧化性极强的自由基来降解水中的有机污染物，使其最终氧化分解为CO2和H2O。高级氧化技术的发展基础是不断提高・OH的应用效率和产生效率，高级氧化工艺具有很多优点，比如氧化性强、操作条件易于控制等。世界各国逐渐重视高级氧化技术，并相继开展了很多该方向的研究与开发工作。

羟基自由基是一种强氧化剂，也是一种能净化污染物的天然物质，净化人为产生污染物的功能极强。・OH可以净化水体中各种微小生物和有机污染物，并将其降解为H2O、CO2及微量无机盐。可见，・OH可解决环境污染问题，并实现零废物排放、零环境污染。・OH在降解废水时具有以下特点[4]：①・OH是高级氧化过程的中间产物，作为引发剂诱发后面的链反应发生，对难降解的物质特别适用；②几乎无选择地与废水中的任何污染物反应，直接将其氧化为二氧化碳、水或矿物盐，不会产生新的污染；③它是一种物理-化学处理过程，很容易加以控制，满足各种处理要求；④反应条件温和，是一种高效节能型的废水处理技术。

2 常见高级氧化技术

2.1 臭氧联合氧化法

臭氧的氧化性很强，其氧化还原电位为2.07V。有研究表明，臭氧氧化法主要是通过两种途径来氧化降解有机物，一是臭氧直接氧化，二是通过形成的羟基自由基而进行自由基氧化[2]。单独的臭氧氧化法有很多局限，其处理成本昂贵，能耗较大，臭氧发生器易损坏，而且臭氧氧化反应对某些农药及卤代烃等的氧化效果比较差。但是，组合技术一方面能减少臭氧使用量，另一方面对有机物的去除效果更好。从而，臭氧的相关组合技术不断得到发展。

2.2 Fenton氧化法

Fenton试剂是由H2O2与催化剂Fe2+共同组成的氧化体系。Fenton氧化法在处理难降解的工业废水方面，有着一般化学氧化法无法比拟的巨大优势。Fenton氧化法是一种应用潜力很大的废水处理技术。研究表明，Fenton法去除废水中有机物，具有条件温和、反应速度快等优点。Fenton法既可以在废水处理过程中段起到提高废水的可生化性的作用，又可以在废水处理过程末端起到深度处理的作用。

2.3 湿式氧化法

湿式氧化法(Wet Air Oxidation，简称WAO)是在高温(125～320°C)高压(0.5～20MPa)下，利用氧化剂(起初为空气或氧气，现在也使用其它氧化剂，如O3、H2O2等)将废水中的有机物氧化成二氧化碳和水或小分子有机物，从而达到去除污染物的目的[5]。上世纪70年代在传统湿式氧化法的基础上提出了催化湿式氧化法(Catalytic Wet Air Oxidation，简称CWAO)，它在WAO工艺基础上添加了适宜的催化剂[6]，降低了反应温度及压力，提高了有机物的氧化速率，提高了氧化效率，从而降低了操作费用和设备投资。

2.4 超临界水氧化法

将水的温度和压力升高到临界点(温度374°C压力22.1MPa)以上，水的密度、介电常数、粘度、扩散系数、等就会发生巨大的变化[7]，水就会处于一种既不同于气态，也不同于液态和固态的流体状态-超临界状态，此状态下的水被称为超临界水。超临界水氧化法(Supercritical Water Oxidation，简称SCWO)便是以超临界水作为反应介质，用来氧化分解水中污染物的一种废水处理方法，其氧化剂一般采用氧气或者过氧化氢，压力一般为30～50MPa，反应温度一般为400～600°C。

结束语

高级氧化技术发展前景

相比传统的水处理技术而言，在降解有机物方面，高级氧化技术具有效率高、适用范围广、反应速率快、氧化能力强、无污染或少污染等优点。高级氧化技术在去除有机污染物方面具有很好的应用前景，因而近年来其成为水处理领域的研究热点。

虽然高级氧化技术具有多项优势，但是目前其应用尚处于起步阶段。一方面是因为其研究发展时间比较短，基础理论还不够完善；另一方面是因为废水中污染物种类繁多，使得高级氧化技术在理论研究和工业应用方面依然存在着不少有待解决的问题。近年来，废水中难于生物降解的有害污染物日益增多，国家水质标准日益严格，传统物化法和生化法很难达到处理要求，于是这为AOP的发展带来了机遇。深入研发AOP技术，合理地改进现有AOP工艺、同时开发新工艺成为当务之急。

参考文献：

[1] Dionisis Mantzavinos. Applications of advanced oxidation processes in wastewater treatment[J]. Water Research, 2009, 43(16):390.

[2] 张光明,张盼月,张信芳,等.水处理高级氧化技术[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2007:1-17.

[3] 张春玲,那辉,刘晨光,等.含有联苯结构二缩水甘油醚型环氧树脂的合成与表征[J].热固性树脂,2002,17(1):1-4.

[4] 钟理,李小莹,吕扬效.高级氧化过程讲解废水机器反应机理[J].广东化工,2001(1):24-29.

[5] 王建兵,杨少霞,祝万鹏,等.催化湿式氧化法处理废水的研究进展[J].化工环保,2007,27(4):295-300.

[6] 孙德智.环境工程中的高级氧化技术[M].北京:北京化学工业出版社,2002.

[7] 江涛,张建,李方圆.环境友好型新技术-超临界水氧化法[J].污染防治技术,2008,21,(1):69-72.