什麽是高(gāo)級氧化技(jì)術(shù)？

高(gāo)級氧化技(jì)術(shù)又(yòu)稱深度氧化技(jì)術(shù)，其基礎在于運用電(diàn)、光(guāng)輻照(zhào)、催化劑，有時還(hái)與氧化劑結合，在反應中産生(shēng)活性極強的自(zì)由基(如HO)，再通(tōng)過自(zì)由基與有機(jī)化合物(wù)之間的加合、取代、電(diàn)子轉移、斷鍵等，使水(shuǐ)體中的大分子難降解有機(jī)物(wù)氧化降解成低(dī)毒或無毒的小(xiǎo)分子物(wù)質，甚至直接降解成為(wèi)CO2和H2O，接近完全礦化目前的高(gāo)級氧化技(jì)術(shù)主要包括化學氧化法、電(diàn)化學氧化法、濕式氧化法、超臨界水(shuǐ)氧化法和光(guāng)催化氧化法等。
1、化學氧化技(jì)術(shù)
化學氧化技(jì)術(shù)常用于生(shēng)物(wù)處理的前處理。一(yī)般是在催化劑作用下(xià)，用化學氧化劑去處理有機(jī)廢水(shuǐ)以提高(gāo)其可生(shēng)化性，或直接氧化降解廢水(shuǐ)中有機(jī)物(wù)使之穩定化。
1.1 Fenton 試劑氧化法
該技(jì)術(shù)起源于19世紀90年(nián)代中期，由法國(guó)科學家H. J. Fenton提出，在酸性條件(jiàn)下(xià)，H2O2在Fe2+離子的催化作用下(xià)可有效将酒石酸氧化，并應用于蘋果酸的氧化。長(cháng)期以來，人們默認的Fenton主要原理是利用亞鐵離子作為(wèi)過氧化氫的催化劑，反應産生(shēng)羟基自(zì)由基式為(wèi):Fe2++ H2O2 ——Fe3++OH-+？OH， 且反應大都在酸性條件(jiàn)下(xià)進行。
在化學氧化法中，Fenton法在處理一(yī)些難降解有機(jī)物(wù)(如苯酚類、苯胺類)方面顯示出一(yī)定的優越性。随著(zhe)人們對Fenton法研究的深入，近年(nián)來又(yòu)把紫外光(guāng)(UV)、草(cǎo)酸鹽等引入Fenton法中，使Fenton法的氧化能(néng)力大大增強。
用UV + Fenton法對氯酚混合液進行了處理，在1h内TOC去除率達到(dào)83.2%。Fenton法氧化能(néng)力強、反應條件(jiàn)溫和、設備也較為(wèi)簡單，适用範圍比較廣，但存在處理費(fèi)用高(gāo)、工(gōng)藝條件(jiàn)複雜(zá)、過程不易控制等缺點，使得該法尚難被推廣應用。
1.2 臭氧氧化法
臭氧氧化體系具有較高(gāo)的氧化還(hái)原電(diàn)位，能(néng)夠氧化廢水(shuǐ)中的大部分有機(jī)污染物(wù)，被廣泛應用于工(gōng)業(yè)廢水(shuǐ)處理中。臭氧能(néng)氧化水(shuǐ)中許多(duō)有機(jī)物(wù)，但臭氧與有機(jī)物(wù)的反應是有選擇性的，而且不能(néng)将有機(jī)物(wù)徹底分解為(wèi)CO2和H2O，臭氧氧化後的産物(wù)往往為(wèi)羧酸類有機(jī)物(wù)。且臭氧的化學性質極不穩定，尤其在非純水(shuǐ)中， 氧化分解速率以分鍾計。在廢水(shuǐ)處理中，臭氧氧化通(tōng)常不作為(wèi)一(yī)個(gè)單獨的處理單元，通(tōng)常會(huì)加入一(yī)些強化手段，如光(guāng)催化臭氧化、堿催化臭氧化和多(duō)相(xiàng)催化臭氧化等。此外，臭氧氧化與其他技(jì)術(shù)聯用也是研究的重點， 如臭氧/超聲波法、臭氧/生(shēng)物(wù)活性炭吸附法等。
有文獻報(bào)道: 将臭氧氧化與活性炭吸附相(xiàng)結合可使廢水(shuǐ)中的芳烴質量濃度降到(dào)0.002μg/L。用臭氧氧化法去除工(gōng)業(yè)循環水(shuǐ)中的表面活性劑可有效增加城(chéng)市(shì)污水(shuǐ)處理場的淨化度、提高(gāo)排水(shuǐ)的水(shuǐ)質，于秀娟等人利用臭氧—生(shēng)物(wù)活性炭工(gōng)藝去除水(shuǐ)中的有機(jī)微污染物(wù)也取得了較好的效果。由于臭氧在水(shuǐ)中的溶解度較低(dī)，如何更有效地把臭氧溶于水(shuǐ)中已成為(wèi)該技(jì)術(shù)研究的熱點。
2、電(diàn)化學催化氧化法
該技(jì)術(shù)起源于20世紀40年(nián)代， 有應用範圍廣、降解效率高(gāo)、能(néng)量要求簡單、利于實現自(zì)動化操作，應用方式靈活多(duō)樣等優點。電(diàn)化學催化氧化法既可用于難降解廢水(shuǐ)的前處理措施來提高(gāo)可生(shēng)物(wù)降解性能(néng)，又(yòu)可以作為(wèi)難降解酚類廢水(shuǐ)的深度處理技(jì)術(shù)，在優化的pH值、溫度和電(diàn)流強度條件(jiàn)下(xià)，苯酚可以得到(dào)幾乎完全的分解。
針對高(gāo)濃度、難降解、有毒有害的含酚廢水(shuǐ)，傳統生(shēng)物(wù)法和物(wù)化法已經失去了其優勢，化學氧化法又(yòu)因其昂貴的費(fèi)用阻礙了其推廣應用，電(diàn)化學催化氧化法越來越受到(dào)人們的青睐，但其自(zì)身也存在一(yī)些問題，如電(diàn)耗，電(diàn)極材料多(duō)為(wèi)貴金屬，成本較高(gāo)及存在陽極腐蝕，指導其推廣應用的微觀動力學和熱力學研究尚不完善等。
3、濕式氧化技(jì)術(shù)
濕式氧化，又(yòu)稱濕式燃燒，是處理高(gāo)濃度有機(jī)廢水(shuǐ)的一(yī)種行之有效的方法，其基本原理是在高(gāo)溫高(gāo)壓的條件(jiàn)下(xià)通(tōng)入空氣，使廢水(shuǐ)中的有機(jī)污染物(wù)被氧化，按處理過程有無催化劑可将其分為(wèi)濕式空氣氧化和濕式空氣催化氧化兩類。
3.1 濕式空氣氧化法
WAO技(jì)術(shù)是在高(gāo)溫(125～320℃)高(gāo)壓(0.5～20MPa)條件(jiàn)下(xià)通(tōng)入空氣，使廢水(shuǐ)中的高(gāo)分子有機(jī)物(wù)直接氧化降解為(wèi)無機(jī)物(wù)或小(xiǎo)分子有機(jī)物(wù)。
使用濕式空氣氧化技(jì)術(shù)對樂果生(shēng)産廢水(shuǐ)進行預處理，有機(jī)磷的去除率高(gāo)達95%，有機(jī)硫的去除率高(gāo)達90%。處理效率高(gāo)、反應時間短，但由于該技(jì)術(shù)要求高(gāo)溫高(gāo)壓，所需設備投資較大，運轉條件(jiàn)苛刻，難于被一(yī)般企業(yè)接受，因而配合使用催化劑從(cóng)而降低(dī)反應溫度和壓力或縮短反應停留時間的濕式空氣催化氧化法近年(nián)來更是受到(dào)廣泛的重視與研究。
3.2 濕式空氣催化氧化法
濕式空氣催化氧化(Catalytic Wet Air Oxidation，簡稱CWAO) 法是在傳統的濕式氧化處理工(gōng)藝中加入适宜的催化劑使氧化反應能(néng)在更溫和的條件(jiàn)下(xià)和更短的時間内完成。從(cóng)而可降低(dī)反應的溫度和壓力，提高(gāo)氧化分解能(néng)力，加快反應速率，縮短停留時間，也因此可減輕設備腐蝕、降低(dī)運行費(fèi)用。濕式空氣催化氧化法的關鍵問題是高(gāo)活性易回收的催化劑。CWAO的催化劑一(yī)般分為(wèi)金屬鹽、氧化物(wù)和複合氧化物(wù)3類，按催化劑在體系中存在的形式，又(yòu)可将濕式空氣催化氧化法分為(wèi)均相(xiàng)濕式催化氧化法和非均相(xiàng)濕式催化氧化法。
(1)均相(xiàng)濕式催化氧化化法。在均相(xiàng)濕式催化氧化法中，由于催化劑(多(duō)為(wèi)金屬離子) 是可溶性的過渡金屬鹽類，這些鹽類以離子形式存在于廢水(shuǐ)中，在離子或分子的水(shuǐ)平上(shàng)通(tōng)過引發氧化劑的自(zì)由基反應并不斷地再生(shēng)而對水(shuǐ)中有機(jī)物(wù)的氧化反應起催化作用。在均相(xiàng)濕式催化氧化法中由于催化劑在分子或離子水(shuǐ)平上(shàng)獨立起作用，因而分子活性高(gāo)，使得氧化效果較好。但由于均相(xiàng)濕式催化氧化法中的催化劑是以離子形式存在，較難從(cóng)廢水(shuǐ)中回收和再利用，且易造成二次污染。
(2)非均相(xiàng)濕式催化氧化法。非均相(xiàng)濕式催化氧化是向反應體系中加入不溶性的固體催化劑，其催化作用是在催化劑表面進行，催化劑的比表面積的大小(xiǎo)對有機(jī)物(wù)的降解速率影響很大。由于固體催化劑的組成種類及廢水(shuǐ)性質的不同，濕式催化氧化的效果也不同。在多(duō)相(xiàng)濕式催化氧化法中，由于固體催化劑不溶解，不流失，活化再生(shēng)及回收都較容易，因此其應用前景十分廣闊。
4、超臨界水(shuǐ)氧化技(jì)術(shù)
超臨界水(shuǐ)氧化技(jì)術(shù)是濕式空氣氧化技(jì)術(shù)的強化和改進，其原理是利用超臨界水(shuǐ)作為(wèi)介質來氧化分解有機(jī)物(wù)。它同樣是以水(shuǐ)為(wèi)液相(xiàng)主體，以空氣中的氧為(wèi)氧化劑，于高(gāo)溫高(gāo)壓下(xià)反應。
但其改進與提高(gāo)之處就(jiù)在于利用水(shuǐ)在超臨界狀态下(xià)的性質，水(shuǐ)的介電(diàn)常數減少至近似于有機(jī)物(wù)與氣體，從(cóng)而使氣體和有機(jī)物(wù)能(néng)完全溶于水(shuǐ)中，相(xiàng)界面消失，形成均相(xiàng)氧化體系，消除了在濕式氧化過程中存在的相(xiàng)際傳質阻力，提高(gāo)了反應速率，又(yòu)由于在均相(xiàng)體系中氧化态自(zì)由基的獨立活性更高(gāo)，氧化程度也随之提高(gāo)。超臨界水(shuǐ)是有機(jī)物(wù)和氧的良好溶劑，有機(jī)物(wù)在富氧超臨界水(shuǐ)中進行均相(xiàng)氧化，其反應速度很快，在400～600℃下(xià)，幾秒(miǎo)鍾就(jiù)能(néng)将有機(jī)物(wù)的結構破壞，反應完全、徹底，使有機(jī)碳、氫完全轉化為(wèi)CO2和H2O。
超臨界水(shuǐ)氧化技(jì)術(shù)由于其反應迅速、氧化徹底而越來越受到(dào)人們的關注，如何通(tōng)過催化劑來降低(dī)反應的溫度和壓力或縮短反應停留時間是本領域的一(yī)個(gè)研究熱點。目前常用的催化劑大多(duō)是應用于濕式催化氧化工(gōng)藝的催化劑，尋找對超臨界水(shuǐ)氧化技(jì)術(shù)具有廣譜催化性能(néng)的催化劑是該技(jì)術(shù)推廣中的一(yī)個(gè)難點。
5、光(guāng)催化氧化技(jì)術(shù)
光(guāng)催化氧化技(jì)術(shù)是在光(guāng)化學氧化技(jì)術(shù)的基礎上(shàng)發展起來的。光(guāng)化學氧化技(jì)術(shù)是在可見(jiàn)光(guāng)或紫外光(guāng)作用下(xià)使有機(jī)污染物(wù)氧化降解的反應過程。自(zì)然環境中的部分近紫外光(guāng)(290～400nm )極易被有機(jī)污染物(wù)吸收，在有活性物(wù)質存在時即發生(shēng)強烈的光(guāng)化學反應，從(cóng)而使有機(jī)物(wù)降解。但由于反應條件(jiàn)所限，光(guāng)化學氧化降解往往不夠徹底，易産生(shēng)多(duō)種芳香族有機(jī)中間體，成為(wèi)光(guāng)化學氧化需要克服的問題。
自(zì)1976 年(nián)Carey 等首先采用TiO2光(guāng)催化降解聯苯和氯代聯苯以來，光(guāng)催化氧化技(jì)術(shù)的研究熱點就(jiù)轉化到(dào)了以TiO2為(wèi)催化劑的光(guāng)催化氧化降解有機(jī)污染物(wù)這一(yī)方向上(shàng)來。
由于光(guāng)催化氧化技(jì)術(shù)設備結構簡單、反應條件(jiàn)溫和、操作條件(jiàn)容易控制、氧化能(néng)力強、無二次污染，加之TiO2化學穩定性高(gāo)、無毒、價廉，故TiO2光(guāng)催化氧化技(jì)術(shù)是一(yī)項具有廣泛應用前景的新型水(shuǐ)處理技(jì)術(shù)。
6、超聲波氧化法
聲化學的發展使人們越來越關注其在水(shuǐ)及廢水(shuǐ)處理中的應用。超聲波氧化(ultrasonic oxidation) 的動力來源是聲空化，當足夠強度的超聲波(15 kHz —20 MHz) 通(tōng)過水(shuǐ)溶液，在聲波負壓半周期，聲壓幅值超過液體内部靜(jìng)壓，液體中的空化核迅速膨脹;在聲波正壓半周期，氣泡又(yòu)因絕熱壓縮而破裂，持續時間約0.1μs。破裂瞬間産生(shēng)約5000 K和100 MPa的局部高(gāo)溫高(gāo)壓環境，并産生(shēng)速率為(wèi)110 m/s 的強沖擊微射流。
超聲波氧化采用的設備是磁電(diàn)式或壓電(diàn)式超聲波換能(néng)器(qì)，通(tōng)過電(diàn)磁換能(néng)産生(shēng)超聲波。實驗室内使用較多(duō)的是輻射闆式超聲波儀、探頭式以及NAP反應器(qì)等。超聲波氧化反應條件(jiàn)溫和，通(tōng)常在常溫下(xià)進行，對設備要求低(dī)，是應用前景廣闊的無公害綠色化處理技(jì)術(shù)。