各类污水高级氧化技术的原理、特性和优缺点.docx

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1、各类污水高级氧化技术的原理、特性和优缺点目录1 .概述22 .高级氧化概述23 .高价氧化技术特点33. 1.优点34. 2.缺点44.高级氧化技术种类44. 1.芬顿(FentOn)氧化法44. 1.1.FentOn反应的优点54. 1.2.FentOn反应的缺点54. 2.催化臭氧氧化法54. 2.1.普通单独臭氧氧化的缺点54. 2.2,催化臭氧氧化种类64. 2.3,增强臭氧氧化的措施方法：64. 2.4.几种臭氧处理单元自身的改进：74. 3.硫酸根自由基氧化法74. 4.光催化氧化法84. 4.1.优点84. 4.2.缺点84. 5.电解催化氧化法94. 5.1.优点94. 5.2

2、.缺点94. 6.湿式空气氧化和湿式催化氧化法104. 6.1,优点104. 7.超临界水氧化法114. 7.1,优点114. 7.2.缺点115. 8.超声氧化法124. 8.1.优点125. 8.2.缺点125.结语131.概述芬顿氧化法、催化臭氧氧化法、光催化氧化法、电解催化氧化法、湿式空气氧化/湿式催化氧化法、超临界水氧化法、超声氧化法等各类目前认为最有实用价值的高级氧化技术的原理、特性和各自的优缺点，分析了各类高级氧化技术存在的问题和未来的发展趋势。认为金属催化臭氧氧化技术结合了臭氧氧化力强和金属催化剂易于制造、经久耐用、不需另加其他药剂和操作成本低的优点，是既经济又高效的氧化技术，

3、也是未来较有发展前途的技术。2 .高级氧化概述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，0H）,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。0H反应是高级氧化反应的根本特点。高级氧化技术（AdVanCedOxidationProcess,AOP）是指氧化能力超过所有常见氧化剂或氧化电位接近或达到羟基自由基H0水平（见表1）,可与有机污染物进行系列自由基链反应，从而破坏其结构，使其逐步降解为无害的低

4、分子量的有机物，最后降解为Co2、电0和其他矿物盐的技术。表1各种强氧化剂的标准电极电位氧化剂产物!(OJ)F2HF3.06111521.48ri27川5，1.39H0H2O2.80,1.S50原子HrO2.4231.17O3Ot207川前1.00&O：-SO；2.0小0.97FeOJ-Fes*P0i-O2出0等，没有二次污染，这是其他氧化法难以达到的。(2)反应时间短、反应速度快，且过程可以控制、无选择性，能将多种有机污染物全部降解。3. 2.缺点(1)处理过程有的过于复杂、处理费用普遍偏高、氧化剂消耗大，碳酸根离子及悬浮固体对反应有干扰。(2)仅适用于高浓度、小流量的废水的处理，低浓度、大

5、流量的废水应用难。4.高级氧化技术种类4. 1.芬顿(Fenton)氧化法1894年FentOn发现，Fe?+和电。2结合会产生羟基自由基H0,它与污染物间的链反应会使有机物降解，最后生成CO2和H2。基于这个双氧水参与的链反应，诞生了首个高级氧化技术一Fenton试剂氧化法。影响FentOn试剂反应的主要参数包括溶液的pH、停留时间、温度、过氧化氢及Fe?+的浓度，操作时PH不能过高(24之间)。芬顿的氧化过程可以表示如下。链反应的引发：Fet*H2O2Fes*HO+OH.Fe3*+H2O2-Fe2*H02HJHO2-H2O2HO+O2H2Oe链的发展：RH(行机物)+HORH2O.RFes

6、*R*+Fet*.链反应的结果：R*+O2-ROOCO2H2O.链反应的终止：H0H0H2O2,H0+RR0%程瑞丰曾研究了芬顿试剂处理混氟型电镀废水的除氟和除COD的效果，结果如表2所示(进水PH为23)。表2芬顿试剂处理混富废水的效果p(%02)/MFeSoP(H2O2)/除氤率/CoD去除率/(mg1)(mg1)P(FeSO4)%0.6940.6251.1180820.6250.5471M83二ES淞研究表明，芬顿试剂可在常温下有效破除氟化物和废水中的有机物，但一次处理尚达不到排放标准，后续还要用次氯酸盐处理。2011年，张跃用微电解加芬顿试剂来处理含氟废水收到较好效果。微电解处理的PH

7、为3.54.0,铁炭体积比为2.0,曝气60min,反应60min,芬顿试剂的PH为5,电。2的投加量为20m11,反应20min后鼠化物的除去率达99%0这说明两种方法的联合使用比单一芬顿处理的效果更好。4. 1.1.Fenton反应的优点(1)可氧化破坏多种有毒有害的有机物，适用范围广。(2)反应条件温和，不需高温高压。(3)设备简单，可单独处理，也可与其他方法联合处理。5. 1.2.Fenton反应的缺点(1)使用药剂的量多，过量的二价铁会增大处理后废水的COD值。(2)反应时间长，通常要一到数小时。(3)氧化能力还不太强，有些有机物还不能被破坏，需借助紫外光、超声波、臭氧等进行强化。4

8、.2.催化臭氧氧化法1935年Weiss提出，臭氧在水溶液中可与羟基OH-反应生成羟基自由基H0,通过H0与有机物进行氧化反应。虽然臭氧的氧化能力很强，但是臭氧氧化法要通过臭氧本身转化为羟基自由基，效率较低，所以单独用臭氧的氧化能力比不上羟基自由基。4.2.1.普通单独臭氧氧化的缺点(1)虽然具有较强的脱色和去除有机污染物的能力，但运行费用较高，对有机物的氧化具有选择性，在低剂量下和短时间内不能完全矿化污染物，且分解生成的中间产物会阻止臭氧的氧化进程。(2)反应的选择性较强，。3对有机物的矿化能力明显受剂量和时间的限制。(3)臭氧对各种金属和非金属都有强的腐蚀性，故对设备的耐蚀性要求较高。不过

9、臭氧本身的氧化电位已很高，它破坏难降解有机物的能力也较强，目前在污染物废水的脱色、消毒、除臭等方面已获得广泛的应用。4.2.2.催化臭氧氧化种类催化臭氧氧化可分为两类：一是利用溶液中金属(离子)的均相催化臭氧氧化，二是利用固态金属、金属氧化物或负载在载体上的金属或金属氧化物的非均相催化臭氧氧化。催化臭氧氧化可克服单独臭氧氧化的缺点，从而变成更有实用价值的新型高级氧化技术。催化臭氧氧化作用也是利用反应过程中产生的大量高氧化性自由基(羟基自由基)来氧化分解水中的有机物，从而达到水质净化。羟基自由基非常活泼，与大多数有机物反应时速率常数通常为106-1091(mo1s)o故催化臭氧氧化的速率也比臭氧

10、氧化高几个数量级。催化臭氧氧化目前发现的主要问题是氧化速度还不算很快，尤其是对高浓度COD溶液的处理时间还较长，需要进一步改进。4.2.3.增强臭氧氧化的措施方法：改变臭氧化混合气的进气量，就是改变单位时间内的臭氧投加量，在有机负荷一定的条件下，就是改变反应过程中臭氧和有机物的投加比，在有机物浓度一定、连续地通入臭氧化混合气的半连续半间歇操作中，随单位时间内臭氧通入量的增加，有机物氧化反应速率相应提高。超声强化臭氧氧化技术。金属催化臭氧化技术、在臭氧水处理体系中，加入一定量的Fe2+、Mn2+、Co2+Ni?+或Co?+的硫酸盐。臭氧与其他常规水处理单元结合比如。3活性污泥、。3活性炭吸附、O

11、3絮凝一膜处理、O3絮凝一O3O3气浮(吹脱)、O3生物活性炭、。3膜处理。4. 2.4.几种臭氧处理单元自身的改进：(1) o3uv高级氧化技术(2) O3/H2O2高级氧化技术(3) O3H2O2UV(4)臭氧/活性炭协同降解有机物处理技术(5)超声强化臭氧氧化技术4.3.硫酸根自由基氧化法利用过硫酸盐氏0孩)产生硫酸根自由基(S0)应用于水和土壤中有机污染物的修复，是国内外最近发展起来的新技术，也是目前最具有应用潜力的高级氧化技术之一。过硫酸钠(Na2s2()8)因其氧化性强，室温下稳定性高、水溶性好、价格相对较低等优点得到了很大关注。过硫酸钠氧化主要是通过光、热、过渡金属(Fe2+等)

12、等活化激发其产生硫酸根自由基来降解有机污染物。对于最终用途行业，水处理领域有望在2023年至2024年之间以最高的复合年增长率增长。过硫酸盐被用作水处理的氧化剂。随着人们对环境的日益关注，预计在预测期内水处理行业过硫酸盐的消费量将增长最快。预测期间，过硫酸盐的新应用(例如水处理和土壤修复)预计将以高速率增长。人们对土壤污染的担忧日益增加，预计将增加亚太地区土壤修复中过硫酸盐的消费。硫酸根自由基(S07)是具有较高氧化还原电位的自由基(Eo=2.5V-3.1V),因此硫酸根自由基被认为在理想的条件下可以氧化绝大多数的有机物。通常是利用分解OXOne或过硫酸盐的方式产生硫酸根自由基。硫酸根自由基的

13、活化生成：加热活化法；过渡金属离子活化法；UV活化法；FeO活化法；活性炭活化法；纳米Fe3O4活化法；氢氧化亚铁溶胶活化；(单过硫酸氢盐可经光、热、催化等方式激发后，双氧键断裂，产生硫酸根自由基(SO)。活化原理如式：SO+heat=UV二其他S0+0)硫酸根与有机物的一般作用方式：夺氢作用、电子转移作用、加成作用、(氧化作用)4.4.光催化氧化法光化学氧化法包括光激发氧化法(如O3/UV)和光催化氧化法(如Ti02UV)o光激发氧化法主要以。3、H2O2,。2和空气作为氧化剂，在光辐射作用下产生羟基自由基H00光催化氧化法则是在反应溶液中加入一定量的半导体催化剂，使其在紫外光(UV)的照射下产生HO.,两者都是通过H0的强氧化作用对有机污染物进行处理。其中，氧化效果较好的是紫外光催化氧化法，它的作用原理是让有机化合物中的C-C、C-N键吸收紫外光的能量而断裂，使有机物逐渐降解，最后以CO2的形式离开体系。4.41优点(1)