摘" " " 要： 紫外高級(jí)氧化法（UV/AOPs）是在傳統(tǒng)的高級(jí)氧化技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，將紫外光與高級(jí)氧化技術(shù)聯(lián)用，具有效率高、速度快、適用范圍廣等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工程行業(yè)中。主要包括紫外-過(guò)氧化氫、紫外-臭氧、紫外-次氯酸鈉、紫外-過(guò)硫酸鹽、紫外-氯、紫外-過(guò)氧乙酸、紫外二氧化鈦等紫外高級(jí)氧化處理工藝，敘述了各個(gè)工藝的作用原理、特點(diǎn)及其對(duì)污染物的去除效果，同時(shí)指出每種工藝的弊端，并提出解決方法，為后續(xù)的工藝發(fā)展提供思路。

關(guān)" 鍵" 詞：紫外； 高級(jí)氧化法； 水處理

中圖分類號(hào)：X703.1" " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A" " " 文章編號(hào)： 1004-0935（2024）04-0632-04

隨著科技的發(fā)展，水中越來(lái)越多的污染物被檢測(cè)出來(lái)，這些污染物對(duì)人體有著極大的危害。傳統(tǒng)水處理工藝在處理這些新型的污染物方面還存在許多弊端，因此科學(xué)家們亟待一種新型水處理工藝。高級(jí)氧化法（AOPs）能夠與光、聲、電、磁等方式結(jié)合起來(lái)處理有機(jī)物。AOPs因其氧化速度快、選擇性高、氧化能力強(qiáng)等特點(diǎn)，目前已經(jīng)成為各個(gè)國(guó)家的研究重點(diǎn)[1]。

1" 紫外高級(jí)氧化原理

氧化劑在紫外光的作用下，產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化性的自由基（主要為羥基自由基·OH），其氧化還原電位高（1.8～2.7 V）、反應(yīng)速度快且無(wú)選擇性。能夠快速氧化水中的難降解有機(jī)物，并將其礦化為CO2和H2O。

2" 紫外高級(jí)氧化技術(shù)

2.1" 紫外-過(guò)氧化氫

紫外過(guò)氧化氫（UV/H2O2）處理有機(jī)物通過(guò)兩種途徑，一種是通過(guò)紫外光處理有機(jī)物，另一種是紫外光照射H2O2，產(chǎn)生·OH來(lái)處理有機(jī)物。UV/H2O2處理效果好、速度快、不產(chǎn)生副產(chǎn)物且無(wú)選擇性，是一種良好的高級(jí)氧化工藝。

谷振超[2]研究了UV/H2O2對(duì)2，6-二氯吡啶（2，6-DCLPY）的降解，結(jié)果顯示UV/H2O2的處理效果達(dá)到了77.3%，處理效果優(yōu)于H2O2或UV單獨(dú)作用。通過(guò)自由基淬滅實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，·OH對(duì)2，6-DCLPY降解起主要作用，有74.1%的2，6-DCLPY被羥基自由基降解。

王昊[3]研究了通過(guò)UV/H2O2去除水中的臭味物質(zhì)。研究了進(jìn)水流量、紫外劑量等對(duì)2-MIB和GSM的去除效果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)增大流量降低了GSM和2-MIB的去除率，原因是流量增大，單位體積水中的·OH減少，處理效果減小。增大紫外劑量會(huì)增強(qiáng)去除效果，原因是增大紫外劑量，能夠產(chǎn)生更多的·OH。

在采用UV/H2O2時(shí)注意H2O2的投加量，李伯強(qiáng)在研究UV/H2O2降解對(duì)乙酰氨基酚時(shí)發(fā)現(xiàn)H2O2的投加量過(guò)高會(huì)清除·OH，生產(chǎn)氧化還原電位更低的過(guò)氧羥基自由基（HO2·），同時(shí)H2O2也會(huì)吸收紫外光，當(dāng)H2O2濃度增高時(shí)，吸收更多的紫外光，從而減少污染物對(duì)紫外光的吸收，影響降解效果[4]。H2O2極易分解、保存運(yùn)輸困難以及水中其他離子影響處理效果。未來(lái)應(yīng)注重對(duì)其氧化劑的研究，使其更高效、更穩(wěn)定。

2.2" 紫外-臭氧

臭氧（O3）是常用的強(qiáng)氧化劑之一，因其具有氧化性高、反應(yīng)速率快的特點(diǎn)，經(jīng)常被用在水處理中。紫外-臭氧（UV/O3）降解有機(jī)污染物的機(jī)理包括三個(gè)方面：UV的降解；O3分子的降解；O3在UV的照射下產(chǎn)生·OH的降解。而UV/O3產(chǎn)生·OH有兩種觀點(diǎn)，一種是O3先在UV作用下分解成氧原子，氧原子再與水反應(yīng)生成·OH；另外一種是O3在UV照射下先與水反應(yīng)生成過(guò)氧化氫，過(guò)氧化氫進(jìn)一步分解生成·OH[5]?！H再將有機(jī)物降解，最終礦化為CO2和H2O。其反應(yīng)式如下[6]：

O3＋hv→ ·O＋O2。

·O+H2O→2·OH。

O3+H2O+hv→H2O2+O2。

H2O2+hv→2·OH。

胡兆吉研究了UV/O3對(duì)垃圾滲濾液的去除效果，結(jié)果表明UV/O3對(duì)氨氮、色度、COD的去除率為64.47%、91.7%、80.61%，比用單獨(dú)O3提高了17.77%、6.10%、19.31%[7]。由此可見(jiàn)，UV/O3相比于O3處理效果有很大的提升，能夠有效降低COD，更有利于后續(xù)生化處理。常晶發(fā)現(xiàn)不同濃度的O3降解微囊藻毒素會(huì)產(chǎn)生不同的中間產(chǎn)物影響試驗(yàn)效果[8]。

應(yīng)用O3需要專門的O3發(fā)生設(shè)備，這增加了工藝的成本。同時(shí)O3在水中的溶解度也是限制UV/O3發(fā)展的重要因素[9]。

2.3" 紫外-次氯酸鈉

次氯酸鈉（NaClO）也常用作消毒劑，將UV與NaClO聯(lián)用，NaClO在紫外光作用下產(chǎn)生·OH和活性氯自由基 RCS（Cl·、ClO·、Cl2·-等）[10]。當(dāng)去除富含電子的有機(jī)污染物時(shí)，RCS 比·OH具有更高的二級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)[11]。

陸保松通過(guò)研究UV、NaClO、UV/NaClO對(duì)三氯卡班（TCC）的去除效果，結(jié)果表明，60 min后，UV、NaClO、UV/NaClO對(duì)TCC的去除率分別為80.17%、10.20%、97.73%。同時(shí)研究了三種工藝對(duì)于TCC遺傳毒性的降解，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，處理后溶液的遺傳毒性明顯增高 ，且 UVgt;NaClOgt;UV/ NaClOgt;原溶液.造成這種現(xiàn)象的原因是在處理過(guò)程中產(chǎn)生了多種中間產(chǎn)物，中間產(chǎn)物會(huì)增大原溶液的毒性[12]。

UV/NaClO對(duì)于有機(jī)污染物有很好的處理效果，且對(duì)于富含電子的有機(jī)物時(shí)，效果更好。但是對(duì)于其反應(yīng)原理還需要持續(xù)探究，未來(lái)更應(yīng)該注重其反應(yīng)原理與實(shí)際工程的應(yīng)用。

2.4" 紫外-過(guò)硫酸鹽

過(guò)硫酸鹽（PS）本身就是一種強(qiáng)氧化劑，但是對(duì)于有機(jī)物的處理效果非常有限。研究發(fā)現(xiàn)SP在UV的作用下能生成硫酸根自由基（·SO4-），·SO4-具有較高的氧化還原電位（2.5～3.1 V）和較長(zhǎng)的壽命，尤其對(duì)比·OH，·SO4-的半衰期更長(zhǎng)，且反應(yīng)條件溫和[13]。單位的UV/PS比UV/H2O2能產(chǎn)生更多的自由基。

陳莉榮通過(guò)UV/PS降解廢水中喹啉實(shí)驗(yàn)確定其工藝參數(shù)以及自由基的類型，試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著PS投加量的增加，喹啉的處理效果先加快后減慢，原因是增加氧化劑的投加量，產(chǎn)生更多的自由基，產(chǎn)生淬滅作用，所以降解效率不呈正相關(guān)[14]。

UV/PS雖然有很好的氧化作用，但是其與UV/H2O2相比，會(huì)產(chǎn)生更多的中間產(chǎn)物。郭洪光研究利用UV/PS降解水中環(huán)丙沙星，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在降解過(guò)程中產(chǎn)生了13種中間產(chǎn)物，環(huán)丙沙星裂解以及UV下環(huán)丙沙星局部官能團(tuán)發(fā)生躍遷，更容易受到自由基的攻擊降解[15]。

UV/PS產(chǎn)生了更多的中間產(chǎn)物，中間產(chǎn)物越多，帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)也越大，所以在以后的研究中更應(yīng)該注重工藝對(duì)中間產(chǎn)物的研究，對(duì)其降解途徑的分析[16]。

2.5" 紫外-氯

氯消毒是我們國(guó)家常用的消毒方式，但會(huì)產(chǎn)生很多消毒副產(chǎn)物。氯在紫外光的作用下生成·OH和氯自由基。Cl2在水中可以產(chǎn)生一定量的次氯酸和次氯酸根離子，研究發(fā)現(xiàn)在波長(zhǎng) 254 nm 的 UV 照射下具有比 H2O2更高的摩爾吸光系數(shù)和量子產(chǎn)率[17]。

氯自由基相比于·OH，Cl·氧化還原電位為

2.47 V，低于·OH（2.7 V），但是氯自由基具有選擇性，能夠與目標(biāo)物質(zhì)結(jié)構(gòu)中的富電子部分發(fā)生反應(yīng)[18]。蒙艷通過(guò)紫外-氯技術(shù)降解環(huán)丙沙星（CIP）的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)紫外-氯技術(shù)對(duì) CIP 的降解速率是UV/H2O2和單獨(dú)紫外的1.5倍和2.6倍，而CIP結(jié)構(gòu)中的哌嗪環(huán)和喹諾酮環(huán)通過(guò)短鏈連接，電子云較密集，容易受到氯自由基的攻擊，因此反應(yīng)更具有選擇性而不容易受到水質(zhì)的影響[19]。

氯自由基對(duì)于某些特定的污水處理效果要好于·OH。未來(lái)更應(yīng)該注重其對(duì)污染物消除機(jī)理的分析，尤其是對(duì)其中間產(chǎn)物的分析了解降解途徑，控制中間產(chǎn)物的生成，深入研究紫外-氯工藝和其他生物法的聯(lián)用具有重大的工程意義。

2.5" 紫外-過(guò)氧乙酸

過(guò)氧乙酸（PAA）是一種高效廣譜消毒劑，與傳統(tǒng)的含氯消毒劑相比，PAA 的消毒效率高、消毒副產(chǎn)物較少、生態(tài)毒性效應(yīng)較弱[20]。過(guò)氧乙酸對(duì)病毒也有高效的去除作用，被國(guó)家推薦使用于新型冠狀病毒感染疫情防控[21]。PAA在UV的作用下可以產(chǎn)生強(qiáng)氧化自由基，主要為·OH和有機(jī)碳自由基。

陳卓通過(guò)UV/PAA降解水中的三氯生（TCS），結(jié)果表明相較于UV或PAA，UV/PAA體系能夠顯著提高TCS的降解效率[22]。UV/PAA產(chǎn)生的·OH和有機(jī)碳自由基在對(duì)污染物的降解上發(fā)揮了重要的作用，陳斯傲通過(guò)研究UV/PAA對(duì)萘普生的降解發(fā)現(xiàn)有機(jī)碳自由基和·OH對(duì)萘普生降解的貢獻(xiàn)率分別為60.8%和39.2%[23]。

2.6" 紫外-二氧化鈦

光催化氧化法也是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)之一，二氧化鈦（TiO2）作為常用的催化劑具有催化效果好、成本低、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。TiO2在紫外光照射下，發(fā)生能級(jí)躍遷，電子由低能級(jí)帶躍遷到高能級(jí)帶上，形成電子空穴對(duì)，空穴具有極強(qiáng)的氧化性，能夠與吸附在TiO2表面的不同基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，降解該物質(zhì)并使其礦化為CO2和H2O[24]。

李靈珍對(duì)比了傳統(tǒng)的UV法和UV/TiO2方法，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，UV/TiO2的處理方式效果更好，在相同時(shí)間下，該方式比傳統(tǒng)的UV處理方式滅活率更高，而且達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間更短[25]。UV/TiO2不僅在有機(jī)物的處理上有很好的效果，而且在膜處理上也有亮眼表現(xiàn)。根據(jù)魏永等研究發(fā)現(xiàn)TiO2催化氧化技術(shù)能夠有效減輕膜污染提高膜通量，還可以雜合無(wú)機(jī)膜或有機(jī)膜制備復(fù)合膜[26]，極大提高膜效率。

UV/TiO2雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但是也存在很多問(wèn)題，例如其對(duì)太陽(yáng)光的利用率不高，僅有4%～6%。而且回收難度大。所以未來(lái)發(fā)展應(yīng)該注重于對(duì)TiO2的改性，改變其禁帶寬度的大小，使其能夠更好地利用自然光，提高光催化效率[27]。

4" 結(jié) 論

UV/AOPs具有效率高、速率快、適用范圍廣等特點(diǎn)。應(yīng)用在實(shí)際工程中的一個(gè)途徑就是與原有的工藝相結(jié)合，進(jìn)行一個(gè)預(yù)處理或作為生物處理的前處理工藝。根據(jù)相關(guān)研究，UV/AOPs能夠有效提高污水的可生化性，使其后續(xù)的生物處理能夠高效低耗地去除水中的污染物。單一的UV/AOPs處理效果并沒(méi)有明顯提升，礦化程度也不理想。但UV/AOPs具有很好的應(yīng)用前景。通過(guò)解決現(xiàn)有工藝的弊端，并與傳統(tǒng)的處理工藝相結(jié)合的模式是未來(lái)研究的一大熱點(diǎn)。

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Application of Ultraviolet Advanced Oxidation Method in Water Treatment

FENG Kai

（Shenyang Jianzhu University， Shenyang Liaoning 110168， China）

Abstract： Ultraviolet advanced oxidation method （UV/AOPs） was developed on the basis of traditional advanced oxidation technology. Combining ultraviolet light with advanced oxidation technology， it has the characteristics of high efficiency， fast speed and wide application range， and is widely used in engineering industry. It mainly includes UV-hydrogen peroxide， UV-ozone， UV-sodium hypochlorite， UV-persulfate， UV-chlorine， UV-peracetic acid， ""UV-titanium dioxide and other UV-advanced oxidation processes. In this paper， the principle， characteristics and removal effect of each process were described. At the same time， the disadvantages of each process were pointed out， and solutions were proposed， providing ideas for the subsequent process development.

Key words： Ultraviolet; Advanced oxidation process; Water treatment