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高级氧化技术分为光催化氧化法、 臭氧氧化法、超声氧化法、湿式氧化法和超临界水氧化法

来源: 北京莱金源水处理技术有限公司

高级氧化技术分为光催化氧化法、 臭氧氧化法、超声氧化法、湿式氧化法和超临界水氧化法
  高级氧化工艺特点是通过反应产生羟基自由基,该自由基具有极强的氧化性,通过自由基反应能够将有机污染物有效的分解,甚至彻底的转化为无害的无机物,如二氧化碳和水等。由于高级氧化工艺具有氧化性强、操作条件易于控制的优点,高级氧化技术主要分为Fenton氧化法、光催化氧化法、 臭氧氧化法、超声氧化法、湿式氧化法和超临界水氧化法。
  一、几种高级氧化技术
  1.Fenton氧化法
  过氧化氢与催化剂Fe2+构成的氧化技术体系称为Fenton试剂。Fenton的氧化机理是由于在酸性条件下过氧化氢被催化分解所产生的反应活性很高的羟基自由基所致。在Fe2+催化剂作用下,H2O2能产生两种活泼的氢氧自由基,从而引发和传播自由基链反应,加快有机物和还原性物质的氧化。其一般历程为:
  Fenton氧化法一般在PH为2~5的条件进行,该方法优点是过氧化氢分解速度快,因而氧化速率也较高。但此方法也存在许多问题,由于该系统Fe2+浓度大,处理后的水可能带有颜色;Fe2+与过氧化氢反应降低了过氧化氢的利用率及其PH限制,因而在一定程度上影响了该方法的推广应用。
  2.臭氧氧化法
  臭氧是一种优良的强氧化剂,在污水消毒、除色、除臭、去除有机物和 COD 方面有很好的效果。臭氧氧化法降解有机物速度快,条件温和,不产生二次污染,在水处理中应用广泛。臭氧处理污水作用大体表现物,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。
  3.超声氧化法
  超声氧化法是利用频率范围为16kHz-1MHz的超声波辐射溶液,使溶液产生超声空化,在溶液中形成局部高温高压和生成局部高浓度氧化物·OH并和H2O2可形成超临界水,快速降解有机污染物。超声氧化法集合了自由基氧化、焚烧、 超临界水氧化等多种水处理技术的特点,降解条件温和、 效率高、 适用范围广、 无二次污染,是一种很有发展潜力和应用前景的清洁水处理技术。
  超声降解有机物主要是在空化效应作用下,有机物通过高温分解或自由基反应两种历程进行。在超声空化产生的局部高温、高压环境下,水被分解产生·OH自由基,另外溶解在溶液中的空气(N2和O2)也可以发生自由基裂解反应产生自由基。这些自由基也会进一步引发有机分子的断裂、自由基的转移和氧化还原反应。
  4.光催化氧化法
  光催化氧化法是通过氧化剂在光的激发和催化剂的催化作用下产生的·OH氧化分解有机物。与传统的处理方法,如吸附法、混凝法、活性污泥法、物理法、化学法等相比较,光催化氧化降解水中有机污染物具有能耗低、操作简便、反应条件温和、可减少二次污染等突出优点,因而日益受人们重视。光催化氧化技术使用的催化剂有TiO2、ZnO、WO3、CdS、ZnS、SnO2 和Fe3O4等。大量实验证明,TiO2光催化反应对于工业废水具有很强的处理能力。
  5.湿式氧化法
  湿式氧化法是在高温高压下,利用氧化剂将废水中有机物氧化成二氧化碳和水,从而达到去除污染物的目的。湿式氧化法最初由美国F.J.Zimmermann于1958年研究提出,用于造纸黑液。随后氧化工艺得到迅速发展,应用范围从回收有用化学品和能量进一步扩展到有毒有害废弃物的处理。
  湿式氧化法一般在高温(150~350℃)高压(0.5~20MPa)操作条件下,在液相中,用氧气或空气作为氧化剂,氧化水呈溶解态或悬浮态的有机物或还原态的无机物,一般有两个步骤:①空气中的氧从气相向液相的传质过程;②溶解氧与基质之间的化学反应。
  湿式氧化法在实际推广应用方面仍存在一定的局限性:
  ①湿式氧化一般要求在高温高压的条件下进行,其中间产物往往为有机酸,故对设备材料的要求比较高,须耐高温、高压,并耐腐蚀,因此设备费用大,系统的一次性投资高;
  ②由于湿式氧化反应中需维持在高温高压的条件下进行,故仅适于小流量高浓度的废水处理,对于低浓度大水量的废水则很不经济;
  ③即使在很高的温度下,对某些有机物如多氯联苯、小分子羧酸的去除效果也不理想,难以做到完全氧化;
  ④湿式氧化过程中可能会产生毒性更强的中间产物。在湿式氧化法的基础上发展起来的催化湿式氧化法,通过投加催化剂提高该技术的氧化能力、 降低反应温度和压力,从而降低了投资和运行成本,扩大了该技术的应用范围,成为湿式氧化法研究的热点。催化湿式氧化法常用的催化剂有Fe、Cu、Mn、Co、Ni、Bi、Pt等金属元素或其中几种元素的组合。
  6.超临界水氧化法
  为彻底去除一些湿式氧化发难以去除的有机物,研究出将废液温度升至水的临界温度以上,利用超临界水的良好特性来加速反应进程的超临界水氧化法。超临界氧化技术是80年代中期由美国学者Model提出的一种能够彻底破坏有机物结构的新型氧化技术。其原理是在超临界水的状态下将废水中所含的有机物用氧化剂迅速分解成水、二氧化碳等简单无害的小分子化合物。
  在超临界水氧化过程中,由于超临界水对有机物的氧气都是极好的溶剂,因此有机物的氧化可以在富氧的均一相中进行,反应不会因相间转移而受限制。同时高的反应温度,也使反应速度加快。
  超临界水氧化法是一种新兴且很有发展前景的废水处理技术。经过20多年的发展,该方法已经有了很大进展,但仍存在一些问题,如:设备及工艺要求高,一次性投资大;设备的防腐和盐沉积问题并未完全解决;反应机理上还需进一步探讨。这些问题都阻碍了超临界水氧化技术的发展。不过,超临界水氧化技术已经在工业废水处理上显示出勃勃生机,我们相信随着科学技术的不断进步,该方法会得到广泛应用。
  二、几种高级氧化技术的优缺点
  高级氧化技术虽然具有适用范围广、反应速率快、处理效率高、无二次污染或少污染、可回收能量及有用物质的优点,但各类高级氧化技术在实际应用中都存在一些问题。在实际应用中,应根据废水的水质水量情况,结合各类氧化法的技术特点,选择最经济有效的处理技术。表对各类高级氧化技术的优缺点进行了比较,并指出了其今后发展的主要方向。
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