朱松梅

（安徽省化工研究院 安徽合肥 230041）

引言

現代化工業(yè)的不斷發(fā)展過程中，廢水中有機物的數量和種類逐漸增多，而且有明顯增長趨勢。如果對于排放出來的廢水不能及時進行處理，容易污染我國的水資源，會對人們的身體健康造成很大的危害，廢水中包含的有機化合物和有毒物質很難降解，采用生物降解的方法并不能達到較好的效果。近年來，高級氧化技術在廢水處理中被廣泛應用和研究，獲得了較好的應用效果，保證了水資源的持續(xù)發(fā)展。

1 高級氧化技術概述

高級氧化技術是近年研究出來的一種有效的水處理技術，主要是在高溫高壓、光電聲輻射等條件下對水資源進行處理，與廢水發(fā)生一系列的反應，達到對廢水中大分子的降解，使廢水中有機物氧化為小分子，實現對廢水的凈化和處理，高級氧化技術實際應用時有多種反應條件，還有多種類型的廢水處理方法，主要包括光化學氧化法、臭氧氧化法、超聲氧化法等[1]。

2 高級氧化技術的類型

2.1 光化學氧化法

光化學氧化法是借助可見光和紫外線的照射與加入的氧化劑發(fā)生反應，通過在廢水中的反應，將廢水中的有機物進一步轉化為水、二氧化碳和一些較小的有機物，達到對廢水中有機物質的有效分離，該化學反應的整個過程花費時間較少，而且反應條件也很容易被控制，有著較好的處理優(yōu)勢和應用優(yōu)勢。

2.2 光化學催化法

光化學氧化法與光化學催化法具有相似之處，但是，光化學催化法比光化學氧化法有更強的廢水處理能力，對于處理廢水中的有機物有著更好的降解效果，為了使光化學催化法達到有效的應用效果，需要研究人員進一步加強對催化劑的研究和其在廢水中的應用，使得催化劑在廢水中獲得較好的化學反應，而且催化的穩(wěn)定性和催化活性也是比較重要的。同時需要借助太陽光，使得催化劑進一步固定化，給高效化反應過程提供良好的先決條件，使得反應效果更佳[2]。

2.3 電化學氧化法

電化學氧化法是借助電極在廢水中發(fā)生氧化反應，實現廢水中有機物質的進一步降解，達到對廢水的處理和凈化。該種氧化法分為直接氧化和間接氧化兩種形式，直接氧化法是利用陽極表面對廢水放電，與廢水中物質發(fā)生氧化，達到對有機物的有效降解，實現對廢水處理的目的。間接氧化法主要是通過溶液中的C12和C10完成對廢水中有機物的氧化作用，實現廢水的凈化。電化學氧化法目前在垃圾滲濾液中應用，有著較好的處理效果，但是該方法在應用過程中會消耗較大的能量。

2.4 臭氧氧化法

臭氧的氧化能力非常強，目前作為一種強氧化劑被廣泛應用，臭氧可以被分解為含氧自由基，但是其整個氧化速率比較慢。當臭氧應用到堿性環(huán)境中，OH 加速臭氧的分解，會有大量的強氧化性的OH 產生。目前在對廢水的處理過程中，為了達到有效降解目的，臭氧氧化法被廣泛應用，而且能夠獲得較好的處理效果。臭氧在廢水中處理難降解的有機生物時會獲得積極的影響，采用臭氧氧化法對廢水的處理成本較高，該種氧化法的氧化反應選擇性較多[3]。

2.5 超聲氧化法

在廢水處理中應用超聲波氧化法可在16Hz 到1MHz 范圍內借助超聲波對廢水進行處理，有著較強的穿透能力，使液體實現聲空化，廢水中的液體分子交替壓縮，進一步擴張，廢水就可以被凈化和處理。廢水中聲空化的過程使得局部的溫度和壓力升高，廢水中的空化泡會壓縮、崩潰，在較小的空間內能量進一步釋放，有機物瞬間溶解，產生的一些空氣氣泡消失，其降解的速度非常快，降解條件溫和，降解的過程中不會造成二次污染。超聲氧化法與Fenton 法聯合使用，可以有效處理染料廢水，而且處理的效果比較好。

已有試驗結果表明利用超聲波與TIO2光催化聯合處理垃圾滲濾液，使得氧化劑的分解能力進一步強化，有效提升了處理的效果。還有超聲氧化法與光催化法之間的聯合使用會使氧化劑的分解能力進一步提升，該種組合技術的應用在垃圾滲透液處理方面獲得較好的效果[4]。

2.6 濕式氧化法

濕式氧化法對廢水的處理需要具備的氧化條件是高壓高溫狀態(tài)，其以氧氣和空氣作為氧化劑對廢水進行氧化處理，實現廢水中有機物質的轉化，達到對廢水有效處理的目的[5]。目前催化濕式氧化法在進一步研究中主要以Cu、Fe 等為催化劑，多是一種金屬元素，或是多種金屬元素組合。對于吡蟲磷農藥廢水的處理中催化濕式氧化法的應用效果較好，在溫度為190℃、氧分壓為1.6MPa 的條件下，COD 的去除率能夠達到95%，處理之后的廢水COD 從0.093 增至0.590，而且對有機物的去除率可以達到95%以上。圖1 為高級氧化技術的反應動態(tài)。

圖1 高級氧化技術反應動態(tài)

3 高級氧化技術在水處理中的研究進展

3.1 臭氧氧化法在水處理中的研究進展

臭氧氧化法對廢水進行處理的成本較高，該種氧化法的氧化反應選擇性較多。近年來，臭氧氧化法多是與其它技術組合使用，實現對廢水的處理，采用組合技術對廢水進行處理的過程中，整體的反應速度和處理效果都比較快，單獨使用臭氧氧化法對有機物進行降解，能夠進一步擴大該技術對污染物的處理范圍。通過實驗之間的對比，將臭氧氧化技術與其它高級氧化技術聯合使用，會使廢水處理效率提升，整體的反應時間縮短，可以說未來在臭氧進行水處理的過程中，組合技術的應用能夠進一步降低成本，而且利用效率較高，是未來臭氧技術發(fā)展的方向。

3.2 超聲氧化法的研究進展

超聲波氧化法在16Hz 到1MHz 范圍內借助超聲波對廢水進行處理，這時溶液會產生一種超聲固化的現象，廢水中局部溫度進一步升高，壓力也增強，會有高濃度的氧化物和水被分解出來，形成超臨界水，實現對廢水中有機物質的快速降解，整個處理的過程操作比較簡便，一次性就可以處理到位，不會產生二次污染，整個降解的過程條件溫和[6]。超聲氧化法在今后的廢水處理中有著比較廣闊的發(fā)展前景，而且作為一種清潔水處理技術受到廣泛歡迎，超聲氧化技術在廢水處理中可以聯合使用臭氧氧化技術，實現優(yōu)勢互補，還可以與光催化氧化技術等其它有效技術結合使用，相關研究表明，超聲氧化法與Fenton 氧化技術進行結合使用，可以有效處理一些染料廢水，而且處理效果非常好，去除染料廢水中COD 的效率達到91.8%。超聲氧化法與催化濕式過氧化氫等進行結合，能夠通過超聲輻射降低氧化反應，使氧化速度和效率獲得很大提升，能耗也進一步降低。

3.3 光化學氧化法和光化學催化法的研究進展

光化學氧化法將廢水中的有機物進一步轉化為水、二氧化碳和一些較小的有機物，實現對廢水中有機物質的有效分離，該化學反應的整個過程花費時間較少，而且反應條件也很容易控制，有著較好的處理優(yōu)勢和應用優(yōu)勢。光化學催化法需要研究人員進一步加大對催化劑的研究和其在廢水中的應用，使得催化劑能夠在廢水中獲得較好的化學反應。催化的穩(wěn)定性和催化活性也是比較重要的，需要借助太陽光，使得催化劑進一步固定化，給高效化反應過程提供良好的先決條件，使得反應效果更理想。適用于有機物濃度較低、濁度較小的難降解廢水處理，其特點可以概括為以下幾點：氧化不徹底、能耗較大、投資費用高，反應條件溫和、氧化能力強。

3.4 濕式氧化法研究進展

濕式氧化法在廢水處理過程中，需要先準備好系統(tǒng)化的氧化設備，主要包括水處理中的反應器、熱交換器、空氣壓縮機等。其中，反應器是整個設備的核心部分，使用的反應器要滿足反應的要求，在該反應器中處理的廢水有著較強的腐蝕性，選擇的反應器應該是耐腐蝕性的，而且反應器要處于一種高溫高壓的條件下，可以選擇不銹鋼或鎳鋼等材質的。熱交換器的使用過程可以實現液體之間的熱交換，之后才進入到反應器中，熱交換器的選擇要符合一定的標準和要求，要能夠承受住較大面積的傳熱，抗腐蝕性能要好，而且保溫性能也比較重要。空氣壓縮機作為輔助設備，以水為氧化劑實現廢水的氧化反應，在空氣進入到反應器內之前，需要對空氣進行有效處理，使得空氣的壓力增強，能夠達到水處理的溫度和壓力。氣液分離器作為一種壓力容器被使用，廢水發(fā)生氧化反應之后，進入到交換器中，需要將其溫度降低，實現液體中氧氣、二氧化碳等物質的有效轉化和分離，廢水就可以被凈化，繼而進行排放。采用濕式氧化法對廢水進行處理時，不但能夠有效處理廢水，而且能夠有效利用能量，避免能量的損失，這樣氧化系統(tǒng)原本的能量可以得到進一步補充和有效維持。

濕式氧化法目前在高濃度、難降解的廢水處理中得到有效應用，其能夠使廢水的可生化性提升，而且能夠在有毒有害的工業(yè)廢水中發(fā)揮作用，在一些煉油廠和石化廠廢水的處理中有較好的應用效果[7]。針對這些比較難處理的廢水采用傳統(tǒng)的處理技術效果較差，還會有各種問題產生，而且處理之后的廢水要達到排放標準較難，對容器的消耗量也較大。吸附法處理廢水需要的吸附劑價格較高?；瘜W氧化法在廢水處理中有著較好的凈化效果，但是其中的氧化劑應用成本較高。應用濕式氧化法處理廢水，有著較好的處理效果，而且這個處理效果比較穩(wěn)定，對于進水濃度高的廢水可以結合生化法進行有效處理后直接排放，另外，將濕式氧化法應用在染料廢水中也能夠進行有效處理，染料廢水中含有的有毒有害物質較多，其中苯的氨基、硝基類化合物等都是一些極性物質，很容易融于水，而且成分復雜、濃度較高、毒性較大。針對該種廢水的處理，主要是處理廢水中的COD。

近年來使用的新型染料中包含的物質類型越來越多，一些物質抗氧化和抗生物降解，在進行廢水處理方面有較大的難度，采用一般的生化和霧化方法并不能達到很好的處理效果，而且出水無法滿足排放要求，這時可以采用濕式氧化技術對染料廢水中的有毒物質進行有效化解、降解。目前濕式氧化法的推廣存在較大的局限性，由于存在條件方面的限制，很難達到較好的處理效果，在整個處理的過程中會有有機酸產生，因此，選擇的設備要耐高溫和高壓，有較強的耐腐蝕性能，在實施氧化法等進行廢水處理過程中，需要投入的設備成本較高。濕式氧化法只能應用到小范圍廢水的處理中，針對一些高濃度的廢水進行處理，如果廢水的量過大很難應用該種處理技術，如果廢水處理的溫度較高則很難有效處理廢水中的氯聯苯等物質，處理效果較差，另外，濕式氧化法使用時會產生有毒物質。

3.5 電化學氧化法的研究進展

電化學氧化法應用在廢水凈化中，電極能夠在廢水中對有機物質進行分離和轉化，達到降解的目的，使得廢水處理更加有效。電化學氧化法的應用有直接氧化和間接氧化的形式。

直接氧化法通過在廢水中放電，對有機物質進行電解分離，這是直接電解的過程。廢水通過電解之后會發(fā)生氧化反應，使得有機物質進行分離和轉化，這樣廢水就能夠被凈化，達到對有機物的有效降解，但是消耗的能量會升高。在進行電解時，需要借助輔助劑氯化鈉完成電解過程，電解時會有氧化劑產生，使得廢水中的有機物質被分離，這樣就達到有效降解的目的，實現對廢水的凈化，陰極應用到廢水的處理中，可以將廢水中的重金屬進行回收，達到對廢水中可生化物質的提升。

間接電解是在廢水的處理中將氧化還原物質作為催化劑進行應用，當廢水中發(fā)生氧化反應之后，廢水中的有機物質就會被分離和轉化，達到降解的效果，污染物的毒性就會降低。在整個過程中會用到硫酸鹽和氯酸鹽，使得電化學反應之后有機物質能夠進一步降解，實現水的凈化處理。

電化學氧化法通常用于有毒生物的降解，其能夠對廢水中有機物進行有效處理，電化學氧化法在廢水中的應用，會使廢水中的有機物質直接與電極發(fā)生反應，有效達到對廢水凈化和處理的目的，處理后的水滿足排放要求，廢水得到進一步凈化。電化學法可以單獨使用，也可以與其它相關的高級氧化技術結合使用，實現對廢水的有效處理，使得廢水中生物的降解性提高。電化學氧化法目前主要應用在規(guī)模小的廢水處理中，有著較好的處理效果，而且對運營成本能有效控制。電化學法對需要降解的有機物質有一定的選擇性，還包含其它方面的特點：在氧化的過程中不需要添加其它物質，具有一定的消毒效果；對能量的利用率低，在低溫的環(huán)境下也可以進行簡單的設備操作，設備操作費用較低，能夠進行自動化控制，而且不會產生二次污染，是目前一種環(huán)境友好型處理技術。

3.6 超臨界水氧化法的應用研究

超臨界水氧化法應用過程中，當超出了水的臨界點溫度和壓力值之后就可以發(fā)生氧化反應，實現對廢水中有機物質的進一步轉化，將其進行分離，達到凈化處理的效果。有相關的研究實驗表明，超臨界水氧化法目前在印染廢水的處理中有較好的效果，處理效率可以達到99.8%，有效去除印染廢水中的COD。有關的研究人員表明超臨界水氧化法能夠對垃圾中的滲濾液進行處理，效果也非常好，處理的效率達到99.6%。目前相關研究人員開始對超臨界水氧化法的應用進一步研究，通過加入催化劑達到對廢水的有效處理，該種技術對廢水的處理能力更強，能夠對廢水中的有機物質進行有效降解，催化劑可以是通常使用的催化劑，也可以在其中加入復合催化劑，整個反應過程比較溫和，而且在反應過程中減少了不良中間物質的產生，使得反應效果和催化效果更好[8]。研究結果表明，復合催化劑的催化活性比催化法穩(wěn)定性更好。

結語

綜上所述，高級氧化水處理技術比一般的水處理技術有更好的應用效果，而且在氧化反應過程中有較強的反應，不會產生二次污染。今后在對高級氧化技術應用的過程中，還需要加強深入研究，充分了解高級氧化技術對各種污染物的有效降解，進一步優(yōu)化反應過程，研發(fā)出高效穩(wěn)定的催化劑，使處理成本進一步降低，同時通過多種技術的聯合使用達到有效互補，使廢水處理效果更佳。