废水处理与氧化技术的分类及原理

氧化处理技术作为物理化学处理技术之一，具有处理效率高、有毒污染物彻底销毁的优点。它已广泛应用于有毒难降解工业废水的预处理过程，并逐渐成为水处理技术研究的热点。目前的氧化技术主要包括化学氧化、电化学氧化、湿式氧化、超临界水氧化和光催化氧化。

化学氧化技术

化学氧化技术常用生物处理预处理。通常，有机废水在催化剂的作用下用化学氧化剂处理以提高其生物降解性，或者废水中的有机物质被直接氧化和降解以稳定它。

1芬顿氧化

这项技术起源于19世纪90年代中期，由法国科学家芬顿提出，在酸性条件下，H2O2可以在Fe2离子[2]的催化下有效氧化酒石酸，并应用于苹果酸的氧化。长期以来，芬顿的默认原理是使用亚铁离子作为过氧化氢的催化剂。反应生成的羟基自由基是: Fe2H2O 2—— Fe3OH-？哦，反应大多在酸性条件下进行。

在化学氧化法中，芬顿法在处理某些难降解有机物(如苯酚和苯胺)方面表现出一定的优势。随着芬顿过程研究的深入，近年来紫外光和草酸盐被引入芬顿过程，大大提高了芬顿过程的氧化能力。类芬顿氧化法类芬顿反应是一类反应的总称，其中铁(ⅲ)、含铁矿物和其他过渡金属如钴、镉、铜、银、锰和镍可以加速或取代铁(ⅱ)催化H2O2。

研究表明，H2O2可以通过使用Fe3、Mn2和其他非均相催化剂如铁粉、石墨、铁和锰的氧化矿物分解成羟基，这种体系之所以被称为类芬顿体系，是因为其基本反应过程与芬顿试剂相似。如果用Fe3代替Fe2，因为Fe2是立即产生的，所以Fe2减少氢氧化物的机会就减少了，这是可以提高的？羟基的利用效率。如果某些络合剂(如C2O2-4、乙二胺四乙酸等。)添加到芬顿体系中，可以提高有机物的去除率。

3 Ozone Oxidation

Ozone Oxidation System具有很高的氧化还原电位，可氧化废水中的大部分有机污染物，广泛应用于工业废水处理。臭氧可以氧化水中的许多有机物，但臭氧与有机物之间的反应是选择性的，有机物不能完全分解成CO2和H2O，臭氧氧化后的产物往往是羧酸有机物。

臭氧的化学性质极其不稳定，特别是在非纯水中，氧化分解速率以分钟为单位[5]。在废水处理中，臭氧氧化通常不作为单独的处理单元处理，并且通常添加一些强化措施，例如光催化臭氧化、碱性催化臭氧化和非均相催化臭氧化。此外，臭氧氧化与其他技术的结合也是研究的重点，如臭氧/超声波法、臭氧/生物活性炭吸附法等。

电化学催化氧化法

该技术起源于20世纪40年代，具有应用范围广、降解效率高、能源需求简单、易于实现自动化操作、应用模式灵活多样等优点。电化学催化氧化不仅可用于难降解废水的预处理以提高生物降解性，还可用于难降解酚类废水的深度处理。苯酚在酸碱度、温度和电流强度为优化的条件下几乎可以完全分解。

湿式氧化技术

超临界水氧化技术

湿式氧化，又称湿式燃烧，是处理高浓度有机废水的有效方法。它的基本原理是在h

光催化氧化技术

是美国的津普罗公司早期开发并工业化了湿空气氧化(WAO)方法。公司采用WAO工艺处理有毒有害的工业废水，如烯烃生产废水、丙烯腈生产废水和农药生产废水。WAO技术是在高温(125——320℃)和高压(0.5——20MPa)条件下引入空气，直接将废水中的高分子有机物氧化降解为无机物或小分子有机物。

采用湿式空气氧化技术预处理生产废水。有机磷去除率高达95%，有机硫去除率高达90%。津普罗的WAO工艺处理效率高，反应时间短。然而，由于该技术要求高温高压，所需设备投资大，运行条件苛刻，难以被一般企业接受。因此，近年来，采用催化剂结合降低反应温度和压力或缩短反应停留时间的湿式空气催化氧化法受到广泛关注和研究。

2湿空气催化氧化

湿空气氧化(CWAO)法是在传统的湿氧化工艺中加入合适的催化剂，在较温和的条件下，在较短的时间内完成氧化反应。因此，可以提高降低反应的温度和压力，提高氧化分解能力，加快反应速度，缩短停留时间，从而降低设备腐蚀和降低操作成本。

湿空气催化氧化的关键问题是催化剂活性高，易于回收。CWAO催化剂通常分为金属盐、氧化物和复合氧化物。根据系统中催化剂的形式，湿空气催化氧化可分为均相湿催化氧化和非均相湿催化氧化。

均匀湿式催化氧化法。在均相湿式催化氧化工艺中，由于催化剂(主要是金属离子)是可溶性过渡金属盐，这些盐以离子的形式存在于废水中，通过引发氧化剂的自由基反应并在离子或分子水平上连续再生，催化水中有机物的氧化反应。

在均相湿式催化氧化过程中，催化剂在分子或离子水平上独立作用，分子活性高，氧化效果好。但是，由于均相湿式催化氧化法中的催化剂以离子的形式存在，很难从废水中回收再利用，容易造成二次污染。

非均相湿催化氧化。非均相湿式催化氧化是向反应体系中加入不溶性固体催化剂。它的催化作用是在催化剂表面进行的。催化剂的比表面积对有机物的降解率有很大影响。由于固体催化剂的组成类型不同，废水性质不同，湿式催化氧化的效果也不同。在非均相湿式催化氧化过程中，固体催化剂不会溶解或流失，更容易活化、再生和回收，应用前景非常广阔。

超声波氧化法

超临界水氧化技术是湿空气氧化技术的一种增强和改进。它于1982年由莫达尔公司成功开发。其原理是利用超临界水作为介质氧化分解有机物。

它还以水为主要液相，以空气中的氧气为氧化剂，在高温高压下反应。然而，改进和提高在于利用水在超临界状态下的性质。水的介电常数降低到与有机物和气体的介电常数相近，使气体和有机物完全溶解在水中，相界面消失，形成均匀的氧化体系，消除了湿法氧化过程中存在的相间传质阻力，提高了反应速率。此外，由于在均相体系中氧化自由基的较高独立活性，氧化程度也增加了。

超临界水是有机物和氧气的良好溶剂。有机物在富氧超临界水中经历均匀氧化。它的反应速度非常快。在400——600℃，结构的有机物可以在几秒钟内被破坏。反应是完全彻底的。

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光催化氧化技术是基于光化学氧化技术的发展。光化学氧化技术是在可见光或紫外光的作用下氧化和降解有机污染物的反应过程。自然环境中的部分近紫外光(290——400nm)容易被有机污染物吸收，活性物质存在时发生强烈的光化学反应，从而降解有机物质。然而，由于反应条件的限制，光化学氧化降解往往不够完全，容易产生各种芳香族有机中间体，成为光化学氧化需要克服的问题。

自凯里等人于1976年 次使用二氧化钛光催化降解联苯和氯化联苯以来，光催化氧化技术的研究重点已经转向以二氧化钛为催化剂光催化氧化降解有机污染物的方向。

光催化氧化技术结构是一种新型水处理技术，由于二氧化钛设备简单、反应条件温和、操作条件易于控制、氧化能力强、无二次污染、化学稳定性高、无毒、价格低廉，具有广阔的应用前景。声化学中的

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发展使人们越来越关注其在水和废水处理中的应用。超声波氧化的动力源是声空化。当足够强度(15khz-20 MHz)的超声波通过水溶液时，在声波的负压半周期期间，声压的幅度超过液体内部的静压，液体中的气穴核迅速膨胀。在声波正压的半个周期内，气泡将由于持续时间约为0.1 μ s的绝热压缩而再次破裂，破裂时产生约500万和100兆帕的局部高温高压环境，并产生速度为110米/秒的强冲击微射流。

用于超声氧化的设备是磁电或压电超声换能器，通过电磁能量转换产生超声波。在实验室中，辐射板超声波仪器、探针式和NAP反应器被广泛使用。超声波氧化反应是一种无污染、绿色的处理技术，应用前景广阔，条件温和，通常在室温下进行，设备要求低。