宋小偉

（天水市生態(tài)環(huán)境局秦安分局，甘肅 天水 741600）

引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展，城市化規(guī)模不斷擴(kuò)大，人類對水資源的利用率和需求不斷提升，污水的排放量也隨之迅速增加，使各類水體的污染不斷加重，生物多樣性遭到了嚴(yán)重的影響。目前的水體污染物中，有機(jī)污染物污染突出性高，分布廣泛、種類多、成分復(fù)雜，治理起來也最為繁瑣，特別是在水質(zhì)中存量少的有機(jī)污染物，對環(huán)境的影響大，但常規(guī)的膜分離、生物降解、吸附等凈化方案效率低、成本高，無法取得有效的治理效果，無法滿足現(xiàn)代化的水體污染治理需求。

隨著污水凈化技術(shù)的不斷進(jìn)步，本文提出了一種新的有機(jī)污染物降解方案，其采用高級氧化原理，能夠?qū)⒂袡C(jī)物進(jìn)行降解并轉(zhuǎn)換為小分子物質(zhì)，從而降低了有機(jī)污染物質(zhì)對微生物的抑制性，提高了微生物對有機(jī)污染和的降解效率。高級氧化的核心是通過超級氧化劑來對有機(jī)物進(jìn)行降解，而對不同的污染物有針對性的強(qiáng)氧化劑，目前對各類強(qiáng)氧化降解方法未進(jìn)行統(tǒng)一的分析，導(dǎo)致在實際應(yīng)用中存在較大的不規(guī)范性，不僅降低了對污染物的祛除效果，而且容易造成水體的二次污染。因此對各種強(qiáng)氧化降解方案進(jìn)行了分析，對其應(yīng)用原理和特點進(jìn)行講解，為規(guī)范水體有機(jī)物降解方法，提高水體污染治理效率提供了理論參考，提升水體內(nèi)的有機(jī)污染物降解效果具有十分重要的意義。

1 芬頓氧化法

芬頓氧化法是以芬頓試劑為強(qiáng)氧化劑來實現(xiàn)對水體中有機(jī)污染物分解的方法，芬頓試劑[1]是一種由過氧化氫和亞鐵鹽按照一定比例混合、反應(yīng)而成的試劑。芬頓氧化法在應(yīng)用時候是將芬頓試劑添加到需要凈化的污水內(nèi)，然后芬頓試劑進(jìn)行分解生產(chǎn)過氧化氫基團(tuán)，過氧化氫基團(tuán)能夠和水體內(nèi)的有機(jī)物結(jié)合，對其進(jìn)行降解。

芬頓氧化法的優(yōu)點在于其氧化特性極強(qiáng)，基本上能夠?qū)λ械挠袡C(jī)污染物進(jìn)行降解，效率高、凈化較為徹底，設(shè)備投入少，但其缺點是對使用環(huán)境條件要求較為苛刻，在弱酸性的環(huán)境中降解效果好，但在堿性環(huán)境中的降解效果會大打折扣。同時凈化成本高，在使用過程中會產(chǎn)生大量的含有鐵元素的污泥，處理難度大，會進(jìn)一步造成水體的二次污染，因此主要應(yīng)用在弱酸性且污泥較少的水體內(nèi)。

2 類芬頓氧化法

為了解決芬頓氧化法在堿性環(huán)境中使用效果差、易造成二次污染的不足，研究人員提出了一種類芬頓氧化體系，該體系主要是過氧化氫+氧化鐵體系、Nafion-Fe/H2O2體系以及特殊非均相芬頓氧化體系，其在保留了芬頓凈化體系的優(yōu)勢基礎(chǔ)上較好的解決了芬頓體系處理污染物所存在的應(yīng)用環(huán)境受限、存在二次污染的不足。

過氧化氫+氧化鐵體系，主要是利用氧化鐵礦物質(zhì)和過氧化氫混合后會發(fā)生類芬頓反應(yīng)，其化學(xué)產(chǎn)物能夠破壞水體內(nèi)的有機(jī)物的氧化官能團(tuán)，使有機(jī)會發(fā)生分解，從而達(dá)到凈化水體的目的。氧化鐵在自然環(huán)境中的存在較為廣泛，而且由于其自帶磁性，因此在反應(yīng)結(jié)束后能夠在外加電場的作用下快速的實現(xiàn)分離物的沉淀，便于凈化。而且鐵氧化物的比表面積大、催化性強(qiáng)、成本低，主要應(yīng)用在堿性水環(huán)境中，成本低、凈化效率高。

Nafion-Fe/H2O2體系[2]，該體系主要是利用Nafion和鐵離子之間的離子交換作用將鐵離子固化，能夠在對水體內(nèi)的有機(jī)物進(jìn)行降解的同時固化游離在水體中的鐵離子，降低芬頓氧化過程中鐵離子過多沉淀在污泥中而導(dǎo)致的水體二次污染。該凈化體系的缺點在于凈化價格高，因此主要用在小范圍的水體凈化過程中，污染大范圍的推廣應(yīng)用。

特殊非均相芬頓氧化體系，該體系主要是指一些特殊的能適應(yīng)不同pH 環(huán)境的化合物，其中具有代表性的為UV/預(yù)磁化Fe/H2O2體系，根據(jù)實際驗證，采用該體系，能夠在20 min 內(nèi)將水中的磺胺二甲嘧啶完全消除，其凈化效率為傳統(tǒng)氧化物的1.6 倍。同時該非均相芬頓氧化體系具有極強(qiáng)的礦化能力，能夠有效的除去水體中的各類抗生素，成本低、效率高。

3 臭氧催化工藝

臭氧催化體系，是利用臭氧來對水體中的有機(jī)污染物進(jìn)行分解的一種方案[3]，具有環(huán)境友好型的特點，其能夠直接對水體中的有機(jī)污染物進(jìn)行降解，同時在催化劑的作用下與水反應(yīng)，生產(chǎn)氫氧化基，進(jìn)一步提升對有機(jī)污染物的分離效果。

在實際應(yīng)用過程中，采用臭氧催化工藝能夠同時降低有機(jī)污染物的抗氧化能力，進(jìn)一步提升對有機(jī)污染物的降解效果，但由于臭氧催化無法完全使有機(jī)污染物礦化，一般無法徹底清除水體中的有機(jī)污染物，一般需要和其他的降解工藝相配合才能達(dá)到比較好的祛除效果。目前比較常見的是利用磁性離子交換樹脂吸附和臭氧相結(jié)合的方式，先有臭氧對有機(jī)污染物進(jìn)行催化降解，然后再利用磁性離子交換樹脂對水體中剩余的污染物和分解離子進(jìn)行吸附，根據(jù)實際驗證當(dāng)臭氧的質(zhì)量濃度為8 mg/L、磁性離子交換水質(zhì)的量為7.8 mL/L 的情況下具有最佳的有機(jī)物降解效果。

由于臭氧催化體系難以進(jìn)行單獨凈化使用，在和磁性離子交換樹脂[4]配合使用時難以根據(jù)水體環(huán)境進(jìn)行精確配比，因此實際應(yīng)用效果不佳，主要應(yīng)用在水體的深處理階段，能夠有效降低成本提高凈化的效率和可靠性。

4 電化學(xué)催化氧化

電化學(xué)催化氧化，是將污染水體內(nèi)通入特點的電流，從而將有機(jī)物進(jìn)行氧化和轉(zhuǎn)化的一種處理方案。電化學(xué)催化氧化方案主要包括了直接氧化和間接氧化兩種模式，一般情況下兩種模式時并行存在的。當(dāng)在進(jìn)行直接氧化的過程中，污水中的有機(jī)物能與水中的陽極離子反應(yīng)失去電子，從而形成小分子類的化合物。而在間接氧化的過程中，水體內(nèi)的陰離子和陽離子相互結(jié)合，形成一種具有極強(qiáng)氧化能力的中間離子[5]，在中間離子的作用下能夠提升對有機(jī)污染物的降解效果。

目前，科學(xué)家開發(fā)了一種已雙功能電催化過濾器作為陽極反應(yīng)和分離介質(zhì)，實現(xiàn)從污染水體內(nèi)祛除各類難溶解性的有機(jī)物。通過實際驗證，采用電化學(xué)催化法時，能夠快速的對水體內(nèi)的污染物進(jìn)行降解，同時通過特定的電流離子，使分解后的污染物進(jìn)行聚集，形成大顆粒沉淀物，在電催化器附近設(shè)置過濾篩，能夠快速對收集水體中形成的污染物顆粒。該方案具有祛除效果好、成本低的優(yōu)點，目前主要的缺陷是控制電流難以穩(wěn)定輸出，導(dǎo)致實際降解效果較低。

5 結(jié)論

針對目前水環(huán)境中有機(jī)污染物類別多、水體污染嚴(yán)重、祛除困難的現(xiàn)狀，對多種水體污染物降解方法進(jìn)行了分析，對芬頓氧化法、類芬頓氧化法、臭氧催化、電化學(xué)催化的原理和應(yīng)用情況特性進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：

1）芬頓氧化法效率高、凈化較為徹底，設(shè)備投入少，但凈化成本高，會進(jìn)一步造成水體的二次污染，因此主要應(yīng)用在弱酸性且污泥較少的水體內(nèi)。

2）類芬頓氧化法，在保留芬頓氧化法的優(yōu)點的同時，解決了芬頓氧化法的不足，但需要針對不同的有機(jī)污染物進(jìn)行針對性的降解。

3）臭氧催化體系難以進(jìn)行單獨凈化使用，主要應(yīng)用在水體的深處理階段，能夠有效降低成本提高凈化的效率和可靠性。

4）電化學(xué)催化氧化，祛除效果好、成本低的優(yōu)點，目前主要的缺陷是控制電流難以穩(wěn)定輸出，導(dǎo)致實際降解效果較低。