深度氧化工艺介绍.doc

一、兴起水源水污染日益加重给水处理带来越来越大的压力和困难传统水处理工艺（混凝、沉淀、过滤、消毒）不仅不能有效地除去水中的有机污染物,而且在处理后产生新的毒性很大的消毒副产物（如THMs）在传统工艺基础上改进消毒工艺,虽然相比较而言能有效地除去有机污染物,但却产生新的消毒副产物；氧消毒生成THMs,尤其是其中的三氯甲烷除去效果并不理想如二氧化氯、高锰酸钾、臭,减少（如GAC,而吸附技术THMs的PAC)膜技术（如MF,UF,NF,其对有机污染物有有效去除倍受人们关注风险难以评价,而且存在较为严重的资源浪费和弃液的理,在短时间内膜技术难以普遍推广ROED）给水处理带来了新的曙光,但膜技术在水处理中的2次污染与处寻求新的高效快速无污染水处理技术成为当今水处理的热点深度氧化技术（AdvancedOxidation景下脱颖而出的.深度氧化技术是相对常规氧化技术氯、高锰酸钾、臭氧、过氧化氢）而言的在水处理过程中充分利用自由基（如OH）机污染物的水处理技术其特征就是有大量自由基的生成和参与反应速度快而且彻底,并且不会产生类似和毒副产物（DBPs）Processes）就是在这样的背（氯气、二氧化所谓深度氧化技术是指的活性,快速彻底氧化有THMs和HAAs那样的消二、简介深度氧化技术（AdvancedOxidationProcesses,简称AOP）是近年来发展起来的水处理新技术,其特征是充分利用自由基（如OH）对水中的微量有机污染物进行快速而彻底地氧化,而且反应后一般不会留下类似氯气消毒所产生的消毒副产物。

AOP技术代表了水处理的1个发展方向化学氧化——1、湿气氧化法(WetAirOxidation,WAO)所谓湿气氧化法,就是将含有有机微污染物的水在高温(175D从机理上深度氧化技术可以分为化学氧化和光化学氧化2大325D)和高压条件下与空气反应,以去除水中有机物在湿气氧化过程中，0快速地从气相进入气液界面和液相之中，并产生0H自由基2在较高温度条件下，有机质实际上是被近乎完全氧化，如99.9%的酚和氯酚能在1h内氧化去除降低温度则产生短链有机酸在260D,0.6MPa000,TOC和COD的去除率分别为77%和91%；温度升高到320D，去除率则分别上升到94%和99%在湿气氧化反应中,乙酸和1-3-二硝基甲苯是中间产物(mg/L级水平)经过湿气氧化法处理,水的微生物降解性能提高湿气氧化法的缺点是:在较高温度条件下,反应器较易腐蚀,该技术缺乏适当的低温催化技术2、电化学氧化(ElectrochemicalOxidation)在强电场的作用下,水中有机物发生直接氧化或通过电化学中间产物,如HOCl,间接氧化而达到除去有机物的目的电化学氧化的优点在于,整个过程仅需要电流作用,而不需向水中加入任何化学试剂而且反应在室温条件下即可进行。

缺点是当水中溶解物质浓度太低时,反应较慢；此外,电极材料较昂贵在欧洲,电化学氧化法在水的消毒和有害废弃物的处理等方面有越来越多的应用当水的温度和压力超过其临界点(374.2D022.1MPa)时,水(如02)都能在超临界3、超临界氧化(SupercriticalWaterOxidation,SCWO)有很强的溶解能力,大多数有机化合物和气体水中大量溶解气体与溶质之间的传质过程不再受到气液界面的限用,如酚在超临界流体中被氧化可能是由单分子自由基化形成引起的:制在超临界流体中和H),有机物的杂环被打开氧化后加入碱即可析出另一方面,水、0和有机物生成活性很强的自由基2,在自由基作用下氧化形成酸,不同自由基之间可发生二聚作(OH、O,这些酸在CHOHCHO(1)6565OO.+O.(2)2HOOH.+H.(3)2也可能是由2个分子之间反应引起的:CH0H+0CH0.+H00.65265(4)H0+0H00.+0H.22(5)研究表明，超临界氧化对水中的醇类、酚、氯酚、苯和二硝基甲苯都有较好的去除作用在550D650D，有机物的氧化速度很快lmin内99.99%4、0/HO氧化3220和H0可以分别作为强氧化剂322单独使用0或H0时，有多种反应途径322H0联合时则形成一些新的自由基22有很强的反应能力。

这些自由基与0和HO可以形成环链式反应322（E°分别为2.07,反应产物难以控制AOP技术中的原子（图1）1.77V)O和3JHOHOihvO1►H1O2图10和H0联合氧化有机物的反应途径322图1中RH代表能形成过氧化物自由基HRO.的形成能减少过氧化物的生成2成OH.自由基,OH.参与链式反应使用对有机物有很强的去除能力O所不能氧化的THMs3(HRO.)的有机化合物2,取而代之的是与O快速反应生3,破坏更多的有机物O和HO联合322,而且可有效地氧化单独能力使用5、Fenton反应Fenton反应必需有Fenton试剂参加.所谓Fenton试剂就是(18)(18)HO与22Fe2+的混合物.在没有其他介质的条件下,HO氧化22Fe2+HO+Fe2+Fe3++OH-+OH.22(6)反应生成的OH•将迅速氧化第二个Fe2+但当有有机物和过量的Fe2+存在时,则产生一序列的复杂反应:Fe2++HOFe3++OH-+OH.22(7)OH.+Fe2+.Fe3++OH-(8)OH.+RHR.+HO2(9)R.+Fe3+...R++Fe2+(i0)R++HO...ROH+H+2(ii)R．+Fe2+...Fe3++R-(i2)R-+H+...RH(i3)OH•破坏有机物RH,生成R.,R•将Fe3+还原成Fe2+,同时自身氧化成R+,最终使有机物彻底氧化。

Fenton反应对微量有机物的除去有显著效果,如甲基橙在Fenton试剂的稀溶液中molL-1),短时间内即可氧化褪色却不能使之褪色c(HO)=10nmolL-i,22,而同样条件下c=c(Fe2+)=0.11.0molL-iHO22(18)(18),也不分解产生新Fe3+对环境无害，而且Fenton反应在去除Fenton反应的优点是不需要特制的反应系统的有害物质,仅仅需要催化剂Fe2+反应产物Fe3+可以与OH-反应形成Fe(OH)而沉淀出来3COD毒性和难降解有机污染物的前处理方面有良好的应用前景18)光化学氧化——1、UV氧化法UV氧化法对,如直接利用UV光对有机物照射,使其氧化分解THMs、含氯化合物、硝基氯、酚和农药有较强的氧化能力O.lmolTCP在50min内去除率达98%中间产物有时比目标化UV氧化法的缺点是反应速度相对较慢合物具有更大的毒性2、HO/UV氧化法22HO在UV光照下迅速生成OH与有机物迅速反应导致有22机物的氧化分解:HO+hv2OH14)22OHRH.RHO(15)2OHRXRXRH-(16)HO/UV氧化法的优点是:经济可行，运行费用比单独使用22HO或O都要少,而且具有较好的热稳定性和较高的溶解度。

其缺223点是：在有碳酸盐或生物碳酸盐存在时,OH与它们反应生成氧化性较弱的碳酸盐自由基,阻碍了反应的进行3、O/UV氧化法3O在UV照射下生分两步生成3OH基：O+hv3O+O(1D)2(17)O(1D)+HO+hvOH"OH2(18)此法已在饮用水处理中得到广泛应用,对含氯有机化合物有较好的氧化能力其缺点是O的低溶解度和缓慢的传质过程在一定程3度上限制了其使用4、TiO光催化氧化法1972年,Fujshima和Fonda发现,光照的TiO单晶电极极能2分解HO,从此开始了多相光催化氧化有机物的研究2(18)TiO光催化氧化通常指有机物在光作用下2最终生成的CO,HO及其它的22,逐步氧化成无机物NO-,PO3-和卤素离子33(18)(18)TiO半导体粒子是理想的光催化剂2收利用光催化氧化法比传统的化学氧化法具有明显的优势人们关注这种氧化法的缺点是应后从水中除去TiO费用较高2,廉价、无毒、稳定、:光浪费严重,效率相对较低可回,备受,反(18)(18)Fe3+如不及时还原Fe2+,并生成,则还原可能终止OH自由基:5、光/Fenton反应在Fenton反应中生成的但在光照条件下,Fe3+被还原成(18)(18)HO+Fe3++hv2Fe2++OH-+OH。

19)(18)HO在光照条件下也会生成OH自由基22(20)(如三嗪HO+hv2OH22光/Fenton反应对水中有机物,尤其是难降解有机物除草剂)有较强的去除能力6、超声氧化法(UltrasonicIrradiation,UI)在＞20kHz的条件下,超声辐射很容易使水产生OH自由基其机理是超声波在水中传播通过空穴作用产生气泡,由于压力变化,不断增大的气泡发生聚爆气泡的破裂产生高能现象,导致水中超声波分解作用(Sonolysis)并产生自由基:HOH21)2(18)研究表明超声氧化法能将THMs、氯酚、含氮酚完全或大部分氧化分解超声氧化法与臭氧结合作用,并且比单独使用,能加速对大肠杆菌等细菌的杀菌03节约用量50%7、电弧氧化法(ElectricArcProcess)在高压（10D50kV）低导电的电容器之间可产生高能电弧脉冲（50D100次/s）电弧脉冲产生强烈冲击波,并高度浓集等离子体等离子体产生UV光,作用与水则产生自由氧和0H自由基以及原子氢,进而氧化水中的有机物质目前国外已有几百个,电弧氧化法比HEEB要电弧氧化法50年代就进入了商业化运作水处理系统采用电弧氧化法相比较而言低廉一些。

三、展望研究表明超声氧化法能将THMs、氯酚、含氮酚完全或大部分氧研究表明超声氧化法能将THMs、氯酚、含氮酚完全或大部分氧A0P技术是未来水处理的优势发展方向之一理的一个发展趋势与传统和常规工艺相比优势：设备简单,没有或少有消毒副产物A0P技术与常规的深度处理的作用A0P技术在我国运用理论问题有待解决在我国积极开展仅对解决我国目前饮水水质问题、助,而且对发展我国给水行业高技术、要意义代表了国际水处。