环境工程中的高级氧化技术

高级氧化技术方法1 光催化氧化法在光辐射作用下发生的化学氧化反应可称为光催化氧化。

光化学反应需要利用各种人造光源或自然光。

催化剂是光催化反应中至关重要的物质，目前的催化剂多为半导体材料，常见光催化剂有 TiO2、ZnO、SnO2和Fe2O3等[5]。

利用光催化降解农药废水早已有相关研究，JARNUZI[6]等以悬浮态的TiO2为催化剂，利用光催化氧化法处理杀虫剂五氯苯酚(C6Cl5OH，PCP)，并推导了光催化降解 PCP 的步骤。

葛飞[7]等采用TiO2膜浅池反应器对甲胺磷农药废水进行处理，结果表明，经生化处理后甲胺磷农药废水COD的去除率达到85.64%，达到国家《污水综合排放标准》中的一级标准，而有机磷的去除率可达到100%，显示出光催化氧化反应的良好处理能力。

虽然光催化降解农药废水具有降解时间短、效率高等优点，但也存在光源利用率较低的缺点。

将光催化氧化技术与其它高级氧化技术联合使用，可以提高处理效率，强化氧化能力，近年来受到研究者的重视。

荆国华[8]等利用UV/Fenton 技术处理三唑磷农药废水，结果表明，Fe2+∶H2O2为1∶20时，光解效果较佳，反应速率常数在0.03min-1，COD去除率可达到90%。

彭延治[9]等利用UV/TiO2/Fenton联用光催化降解敌百虫农药废水，当敌百虫农药浓度为0.1 mmol/L，TiO2质量浓度为2g/L，Fe3+用量为0.10 mmol/L，H2O2用量为2mmol/L，光照时间为2h时，敌百虫农药有机磷的降解率为92.50%。

2 Fenton氧化法酸性环境下，Fenton试剂可产生高活性的· OH，其高达2.8V的氧化电位，可以与有机物发生亲电加成、去氢反应、取代反应和电子转移反应，从而降解有机污染物。

杨新萍[10]等采用Fenton试剂处理COD为1.29×104mg/L的有机氯农药废水， COD和色度去除率分别为47.8%和84.4%。

12种高级氧化技术
1、臭氧氧化法：利用臭氧（O3）进行氧化反应，处理工艺污染
物的有效性很高。

2、脱溴的氧化法：工艺污水中的挥发性有机物通过添加脱溴剂，形成
有机酸，然后利用活性氧氧化反应来去除。

3、活性炭吸附氧化法：利用活性炭对污染物吸附后，再用氧化剂氧化
来达到净化目的。

4、臭氧-活性炭联合处理：采用活性炭和臭氧联合处理，可以有效去
除水中有机污染物。

5、光催化氧化法：利用可见光引起的光催化反应去除水中有机污染物。

6、水热氧化法：利用水热反应氧化，对于微量的有机物有很好的处理
效果。

7、气相自由基氧化法：利用空气中的自由基氧化剂作用于有机物，从
而去除水中的有机成分。

8、激光氧化法：利用激光的能量使水中的有机物氧化反应而分解掉。

9、高压氧气技术：有机物被高压氧气作用，使其分解，从而达到处理
污染物的目的。

10、电化学氧化法：利用微弱电流作用于污染物，使其发生氧化反应
而被氧化分解。

11、超高温氧化：利用高温的气态氧化反应，有效处理污染物，是一
种快速的技术。

12、臭氧/过氧化氢混合处理：利用臭氧和过氧化氢的混合反应，可以
有效去除水中的有机污染物。

1.高级氧化技术的定义:利用强氧化性的自由基来降解有机污染物的技术,泛指反应过程有大量羟基自由基参与的化学氧化技术。

其基础在于运用催化剂、辐射,有时还与氧化剂结合,在反应中产生活性极强的自由基(一般为羟基自由基,·OH),再通过自由基与污染物之间的加合、取代、电子转移等使污染物全部或接近全部矿质化。

·OH反应就是高级氧化反应的根本特点2.高级氧化方法及其作用机理就是通过不同途径产生·OH自由基的过程。

·OH自由基一旦形成,会诱发一系列的自由基链反应,攻击水体中的各种有机污染物,直至降解为二氧化碳、水与其它矿物盐。

可以说高级氧化技术就是以产生·OH自由基为标志3.高级氧化技术有什么特点？1)反应过程中产生大量氢氧自由基·OH2)反应速度快3)适用范围广,·OH几乎可将所有有机物氧化直至矿化,不会产生二次污染4)可诱发链反应5)可作为生物处理过程的预处理手段,使难以通过生物降解的有机物可生化性提高,从而有利于生物法的进一步降解;6)操作简单,易于控制与管理4、·OH自由基的优点1)选择性小,反应速度快;2)氧化能力强;3)处理效率高;5)氧化彻底5、高级氧化技术分为哪几类？1)化学氧化法:臭氧氧化/Fenton氧化/高铁氧化2)电化学氧化法3)湿式氧化法 :湿式空气氧化法/湿式空气催化氧化法4)超临界水氧化法 5)光催化氧化法6)超声波氧化法7)过硫酸盐氧化法6、自由基与污染物反应的四种主要方式:氢抽提反应、加成反应、电子转移、(氧化分解)。

自由基反应的三个阶段:链的引发、链的传递、链的终止自由基反应具有无选择性,反应迅速的特点。

7、产生羟基自由基的途径:Fe2+/H2O2、 UV/H2O2、 H2O2/O3、 UV/O3、UV/H2O2/O3、光催化氧化(TiO2光催化氧化反应机理:产生空穴与电子对),对有机物降解速率由快到慢依次为UV-Fenton、 Fenton、 O3/US、O3、O3/UV、UV/H2O2、UV。

污水处理中的高级氧化技术高级氧化技术在污水处理中的应用随着工业化和城市化进程的加快，污水处理成为了一个重要的环保问题。

传统的污水处理方法往往无法完全去除含有有机物的废水中的难降解物质。

为了解决这一问题，高级氧化技术被广泛应用于污水处理领域。

本文将介绍高级氧化技术的原理和各种应用场景，并探讨其在污水处理中的优势和潜力。

一、高级氧化技术的原理及机制高级氧化技术包括光催化氧化、高级氧化过程和非热等离子体技术等多种方法。

这些方法的共同机制是通过产生强氧化性自由基来降解有机废水中的难降解物质。

1. 光催化氧化技术光催化氧化技术利用紫外光激发催化剂表面的光生电子和空穴，生成氧化性自由基，从而降解废水中的有机物。

常用的催化剂包括二氧化钛、氧化锌等。

2. 高级氧化过程高级氧化过程利用一氧化氮、臭氧等强氧化剂氧化废水中的有机物。

这些氧化剂具有极强的氧化能力，能够有效降解难降解有机物。

3. 非热等离子体技术非热等离子体技术利用高能离子、自由基和激活分子氧等活性物种，对污水进行快速氧化和降解。

这种技术具有高效、无需添加化学药剂等优点。

二、高级氧化技术在污水处理中的应用场景高级氧化技术在污水处理中有广泛的应用场景，主要包括以下几个方面：1. 高浓度有机废水处理传统的生物处理方法对于高浓度有机废水往往效果不佳，难以彻底降解有机物。

而高级氧化技术具有强氧化能力，可以高效降解高浓度有机废水，提高处理效率。

2. 难降解废水处理一些工业废水中含有难降解有机物，传统的处理方法难以完全去除。

高级氧化技术可以通过生成氧化性自由基，有效降解废水中的难降解有机物，极大地提高了废水处理效果。

3. 残留药物和毒性物质去除污水中常常含有一些残留的药物和毒性物质，对环境和生态造成潜在风险。

高级氧化技术可以对这些化合物进行高效降解，降低其对环境的潜在危害。

4. 水体净化和水源保护高级氧化技术可以用于水体净化和水源保护中，通过氧化降解水中有机污染物，提高水质。

工艺方法——高级氧化技术工艺简介高级氧化技术（Advanced Oxidation Process，简称AOPs），利用反应体系中产生的活性极强的羟基自由基（·OH）来进攻有机污染物分子，最终将有机污染物氧化为CO2和H2O以及其他无毒的小分子酸，是绿色环保、高效的废水处理技术。

目前，高级氧化技术主要有化学氧化、光化学氧化、光催化氧化、湿式催化氧化等。

由于AOPs 具有氧化性强、操作条件易于控制的优点，近年来引起越来越多的关注。

一、化学氧化法该法是用化学氧化剂将液态或气态的无机物或有机物转化成微毒物、无毒物，或将其转化成易分离形态。

水处理领域中常用的氧化剂为臭氧、过氧化氢、高锰酸钾等。

在苯酚废水处理工艺中，臭氧和过氧化氢的应用最为常见。

目前世界上已经有许多国家使用臭氧消毒，特别是欧洲在自来水厂水处理中多采用臭氧。

在臭氧氧化系统中加入固体催化剂，如具有较大表面积的活性炭等，臭氧、活性炭同时使用，起到催化作用，并可以吸附臭氧氧化后的小分子产物，两者联合增加溶液中的OH-，具有协同效果从而产生更多的羟基自由基。

过氧化氢是一种强氧化剂，在碱性溶液中氧化反应很快，不会给反应溶液带来杂质离子，因此被很好地应用于多种有机或无机污染物的处理。

过氧化氢用于去除工业废水中的COD已经有很长时间，虽然使用化学氧化法处理废水的价格比普通的物理和生物方法高，但这种方法具有其他处理方法不可替代的作用，比如有毒有害或不可生物降解废水的预消化、高浓度/低流量废水的预处理等。

单独使用过氧化氢降解高浓度的稳定型难降解化合物的效果并不好，可以通过使用过渡金属的盐类进行改进，最常见的方法是利用铁盐来激活，即芬顿试剂法。

可溶性亚铁盐和过氧化氢按一定的比例混合所组成的芬顿试剂，能氧化许多有机分子，且系统不需高温高压。

试剂中的Fe2+能引发并促进过氧化氢的分解，从而产生羟基自由基。

一些有毒有害物质如苯酚、氯酚、氯苯和硝基酚等也能被芬顿试剂和类芬顿试剂所氧化。

高级氧化技术高级氧化技术又称深度氧化技术，其基础在于运用电、光辐照、催化剂，有时还与氧化剂结合，在反应中产生活性极强的自由基(如HO•)，再通过自由基与有机化合物之间的加合、取代、电子转移、断键等，使水体中的大分子难降解有机物氧化降解成低毒或无毒的小分子物质，甚至直接降解成为CO2和H2O，接近完全矿化目前的高级氧化技术主要包括化学氧化法、电化学氧化法、湿式氧化法、超临界水氧化法和光催化氧化法等。

1、化学氧化技术化学氧化技术常用于生物处理的前处理。

一般是在催化剂作用下，用化学氧化剂去处理有机废水以提高其可生化性，或直接氧化降解废水中有机物使之稳定化。

1.1 Fenton 试剂氧化法该技术起源于19世纪90年代中期，由法国科学家H. J. Fenton提出，在酸性条件下，H2O2在Fe2+离子的催化作用下可有效的将酒石酸氧化，并应用于苹果酸的氧化。

长期以来，人们默认的Fenton主要原理是利用亚铁离子作为过氧化氢的催化剂，反应产生羟基自由基式为:Fe2++ H2O2 ——Fe3++OH-+•OH，且反应大都在酸性条件下进行。

在化学氧化法中，Fenton法在处理一些难降解有机物(如苯酚类、苯胺类)方面显示出一定的优越性。

随着人们对Fenton法研究的深入，近年来又把紫外光(UV)、草酸盐等引入Fenton 法中，使Fenton法的氧化能力大大增强。

用UV + Fenton法对氯酚混合液进行了处理，在1h内TOC去除率达到83.2%。

Fenton法氧化能力强、反应条件温和、设备也较为简单，适用范围比较广，但存在处理费用高、工艺条件复杂、过程不易控制等缺点，使得该法尚难被推广应用。

1.2 臭氧氧化法臭氧氧化体系具有较高的氧化还原电位，能够氧化废水中的大部分有机污染物，被广泛应用于工业废水处理中。

臭氧能氧化水中许多有机物，但臭氧与有机物的反应是有选择性的，而且不能将有机物彻底分解为CO2和H2O，臭氧氧化后的产物往往为羧酸类有机物。

高级氧化技术处理介绍高级氧化技术（AOP）是利用各种光、声、电、磁等物理或化学反应以产生活性极强的羟基自由基（OH）为目的，进而利用羟基自由基的强氧化性（其氧化还原电位高达2.80V），对废水中有机物进行降解，最终将有机污染物氧化降解为无毒的小分子的技术过程。

高级氧化技术主要分为电化学氧化法、光催化氧化法、超声波降解法、臭氧氧化法、湿式空气氧化法等。

高级氧化技术与其他氧化方法相比较，具有以下主要特点：羟基自由基较高的氧化电位可无选择性的将有机物氧化降解;反应速度快，处理效率高，不产生二次污染，工业适用范围广泛。

1、电化学氧化法电化学氧化法就是利用外加电场的作用控制电子定向转移，在特定的电化学反应器内，发生一系列的物理过程或化学反应过程，达到预期的去除水中污染物的目的。

2、光催化氧化法半导体光催化氧化的羟基自由基反应是光化学氧化法的实质，半导体材料在光照射的情况下产生光致空穴，这些空穴可以将其表面从溶液中吸附的氢氧根和水氧化成羟基自由基，OH可以无选择性的使难生物降解有机物分解为小分子物质，最终矿化为H2O和CO2。

单纯的光化学氧化法虽然反应条件温和、操作过程易于控制但氧化效率较低。

研究表明，将光化学技术和氧化技术结合，与氧化剂协同作用可大大提高氧化效率，使工艺得到进一步改进。

常见的光化学氧化应用技术有：UV/O3、UV/H2O2、Photo/Fenton氧化等。

其中Photo/Fenton 氧化技术是目前在工业废水处理领域非常有前景的技术之一。

该工艺操作简单，无需高温和高压的反应环境，降解效率高，且Fenton试剂对环境不会产生二次污染。

于然等人提出了一种H2O2协同光催化膜分离技术，通过向光催化膜分离过程中投加H2O2，在光催化、UV/H2O2过程和光芬顿过程的协同下拓宽活性物种产生路径，进而提高膜在水中的污染物降解能力。

Lai等利用TiO2对异环磷酰胺进行光催化降解发现，异环磷酰胺在10min内可去除，并且光催化6h 后，溶液中TOC去除率可达50%以上。