高级氧化技术
高级氧化技术
1.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，·OH)，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。
·OH反应是高级氧化反应的根本特点2.高级氧化方法及其作用机理是通过不同途径产生·OH自由基的过程。
·OH自由基一旦形成，会诱发一系列的自由基链反应，攻击水体中的各种有机污染物，直至降解为二氧化碳、水和其它矿物盐。
可以说高级氧化技术是以产生·OH自由基为标志3.高级氧化技术有什么特点？1）反应过程中产生大量氢氧自由基·OH2）反应速度快3）适用范围广，·OH几乎可将所有有机物氧化直至矿化,不会产生二次污染4）可诱发链反应5）可作为生物处理过程的预处理手段,使难以通过生物降解的有机物可生化性提高,从而有利于生物法的进一步降解;6）操作简单,易于控制和管理4.·OH自由基的优点1）选择性小，反应速度快；2）氧化能力强；3）处理效率高；5）氧化彻底5.高级氧化技术分为哪几类？1)化学氧化法：臭氧氧化/Fenton氧化/高铁氧化2）电化学氧化法3）湿式氧化法：湿式空气氧化法/湿式空气催化氧化法4）超临界水氧化法 5）光催化氧化法6）超声波氧化法7）过硫酸盐氧化法6.自由基与污染物反应的四种主要方式:氢抽提反应、加成反应、电子转移、（氧化分解）。
自由基反应的三个阶段：链的引发、链的传递、链的终止自由基反应具有无选择性，反应迅速的特点。
7. 产生羟基自由基的途径：Fe2+/H2O2、 UV/H2O2、 H2O2/O3、 UV/O3、UV/H2O2/O3、光催化氧化（TiO2光催化氧化反应机理:产生空穴和电子对），对有机物降解速率由快到慢依次为UV-Fenton、 Fenton、 O3/US、O3、O3/UV、UV/H2O2、UV。
12种高级氧化技术
12种高级氧化技术
1、臭氧氧化法：利用臭氧（O3）进行氧化反应，处理工艺污染
物的有效性很高。
2、脱溴的氧化法：工艺污水中的挥发性有机物通过添加脱溴剂，形成
有机酸，然后利用活性氧氧化反应来去除。
3、活性炭吸附氧化法：利用活性炭对污染物吸附后，再用氧化剂氧化
来达到净化目的。
4、臭氧-活性炭联合处理：采用活性炭和臭氧联合处理，可以有效去
除水中有机污染物。
5、光催化氧化法：利用可见光引起的光催化反应去除水中有机污染物。
6、水热氧化法：利用水热反应氧化，对于微量的有机物有很好的处理
效果。
7、气相自由基氧化法：利用空气中的自由基氧化剂作用于有机物，从
而去除水中的有机成分。
8、激光氧化法：利用激光的能量使水中的有机物氧化反应而分解掉。
9、高压氧气技术：有机物被高压氧气作用，使其分解，从而达到处理
污染物的目的。
10、电化学氧化法：利用微弱电流作用于污染物，使其发生氧化反应
而被氧化分解。
11、超高温氧化：利用高温的气态氧化反应，有效处理污染物，是一
种快速的技术。
12、臭氧/过氧化氢混合处理：利用臭氧和过氧化氢的混合反应，可以
有效去除水中的有机污染物。
主流的高级氧化技术原理及优缺点
主流的高级氧化技术原理及优缺点
一、原理
高级氧化技术是一种通过产生强氧化剂来氧化降解有机物的方法。
其基本原理是利用高压电、紫外线、超声波等能量形式，将水分子分解产生羟基自由基（·OH）等强氧化剂，这些强氧化剂可以与有机物发生氧化反应，将其降解为无害的物质。
高级氧化技术根据其能量形式的不同，可以分为电化学氧化法、光化学氧化法、超声波氧化法等。
其中，电化学氧化法是最常用的一种，其原理是通过电解水产生羟基自由基，再利用这些自由基与有机物发生氧化反应。
光化学氧化法则利用光能将水分子分解产生羟基自由基，再利用这些自由基与有机物发生氧化反应。
超声波氧化法则利用超声波的能量将水分子分解产生羟基自由基，再利用这些自由基与有机物发生氧化反应。
二、优缺点
1.优点
（1）高效性：高级氧化技术可以快速有效地降解有机物，处理效率高。
（2）广谱性：高级氧化技术可以处理多种类型的有机物，包括难降解的有机物。
（3）环保性：高级氧化技术使用的是强氧化剂，可以将有机物降解为无害的物质，不会产生二次污染。
（4）灵活性：高级氧化技术可以根据不同的处理需求，选择不同的能量形式和操作条件。
2.缺点
（1）成本高：高级氧化技术需要使用高压电、紫外线、超声波等设备，设备投资和维护成本较高。
（2）处理难度大：对于某些难降解的有机物，高级氧化技术的处理效果可能不够理想。
（3）副产物问题：高级氧化技术产生的羟基自由基等强氧化剂可能会与水中其他物质发生反应，产生新的副产物。
（4）操作要求高：高级氧化技术的操作要求较高，需要专业的技术人员进行操作和维护。
高级氧化技术名词解释
高级氧化技术名词解释高级氧化技术又称为高温焚烧技术，主要是通过将污染物质在高温下直接氧化为二氧化碳和水。
高级氧化技术可适用于任何成分复杂、温度范围宽的有机废气。
①气氛控制与调节装置：保证燃烧产生的热量以一定的气体状态进入反应器内。
②焚烧炉体：焚烧炉体一般包括焚烧室和尾气吸收处理系统。
焚烧炉体有两种形式：其一是卧式设计，烟气从前端由炉顶入口进入，通过尾部排烟口引出；其二是立式设计，烟气通过设置在后端的吸烟室进入，经水冷或风冷后进入前端。
③锅炉与热交换器：用来储存燃料燃烧放出的热量，同时也作为热传递的介质。
④反应区：反应区是一个多空室结构的立式圆筒，燃烧室底部与反应区相连，燃料与高温烟气的混合物进入反应区。
⑤尾气吸收装置：通过布置在尾气吸收装置内的吸收剂，使废气中的CO2、 HCl、 SOx等物质发生化学反应，最终转化成CO2和H2O。
(3)二氧化碳?臭氧氧化技术：指高浓度二氧化碳在高温（ 1000～1500 ℃）、高氧（纯度≥97%）条件下氧化去除有机物的工艺。
此法操作简便、经济安全，净化效率高，二次污染少，并具有一定的脱色能力。
不足之处是对高温易燃有机物氧化效率低，当温度≥1600 ℃，会引起聚合物降解，降低可靠性和寿命。
其他氧化技术还有氯化法、氯氧化法、氮氧化法、光催化氧化法、等离子体法等。
目前国内外研究、开发和应用较多的有氯氧化法、光催化氧化法和等离子体法等三种。
①焚烧：有的采用直接燃烧的方法，有的采用先将有机物分散在油、乳化液或水中，再送入焚烧炉的方法。
②燃烧室及反应区：焚烧室的焚烧温度一般在700 ℃以上，废气在焚烧室内停留时间约15秒～1分钟，然后进入高温分解区。
③燃烧及辅助装置：根据设计要求，在焚烧炉体内设置燃烧器、导流器、预热器、回转供料器等装置。
废气高温氧化工艺主要是利用废气中所含二氧化碳，在高温下氧化为无害气体，不需另外增加投资，且回收利用热能，但是能耗较高。
近年来，利用高温焚烧技术处理城市有机废气的方法正逐步得到重视。
(完整)高级氧化技术
高级氧化技术高级氧化技术(AOPs)是基于羟基自由基(·OH)的特殊化学性质，化学活性高且氧化无选择性，可以促进有毒有害生物难有机物的氧化分解，最终矿化，达到污染物的无害化处置的氧化技术。
其高氧化还原电位相对于常见的氧化剂，如表1-1所示[1]。
高级氧化技术主要是基于一系列产生羟基自由基的物化过程。
Fenton(1894)发现Fe2+和H202发生化学反应产生·OH，·OH通过电子转移等途径可使水中的有机污染物矿化为二氧化碳和水[2]。
Weiss(1935)得到了臭氧(03)在水体中可与氢氧根离子(OH-)反应生成羟基自由基(·OH )[3]，随后，Taube和Bray(l945)在实验中发现H2O2在水溶液中会离解成HO2-离子，诱发产生羟基自由基[4]。
利用物理的方法，例如超声辐射(Ultrasonic Irradiation)、水力设备(阀、小孔(orifice)和文氏管(venturi)等)、电子束辐射(Electron Beam，EB)等，诱发产生羟基自由基(·OH)[5,6]。
还有超临界水氧化(Supercritical Water Oxidation，SWO)、湿式氧化(Wet Air Oxidation，WAO)或催化湿式氧化(Catalytic Wet Air Oxidation，CWAO)等[7]。
20世纪70年代，Fujishima和Honda等发现光催化可产生·OH，从而揭开了光催化高级氧化技术研究的新领域[8]。
最近，混合型高级氧化技术(Hybrid Advanced Oxidation Ploeesses，HAOPs)成为研究的热点，其结合各种高级氧化技术的优点，弥补不足之处，成为高效的面向实际工程应用发展的新型高级氧化技术。
主要形式如下:超声/ H2O2 (或03)、03/ H2O2、超声光化学氧化(Sono- photochemical Oxidation)、光Fenton技术、催化高级氧化或结合生物氧化工艺、耦合氧化工艺，如SONIWO(SonoChemical Degradation followed by Wet Air Oxidation)等[9]。
高级氧化技术概述课件
根据产生强氧化剂的方法不同，高级 氧化技术可分为电化学氧化法、光化 学氧化法、湿式氧化法等。
原理与特点
原理
高级氧化技术通过产生羟基自由基（·OH）等强氧化剂，将有机污染物氧化成 低毒或无毒的小分子物质，甚至完全矿化成二氧化碳和水。
特点
高级氧化技术具有处理效率高、适用范围广、可矿化有机物等优点，但也存在 设备成本高、能耗高等缺点。
废水处理
高级氧化技术在废水处理中的应用主要包括有机废水、重金属废水以及 放射性废水的处理。通过强氧化作用，可以有效分解有机物，降低废水 中有机污染物的含量，使废水达到排放标准。
具体方法包括臭氧氧化、芬顿反应、光催化氧化等。这些方法能够提高 废水的可生化性，为后续的生物处理提供有利条件。
高级氧化技术还可以与生物处理技术结合，形成组合工艺，进一步提高 废水处理效果。
高级氧化技术概述 课件
目 录
• 高级氧化技术简介 • 高级氧化技术种类 • 高级氧化技术应用实例 • 高级氧化技术发展现状与趋势 • 高级氧化技术在实际应用中的优
化策略 • 高级氧化技术的前景展望
01
高级氧化技术简介
定义与分类
定义
高级氧化技术（Advanced Oxidation Processes，简称AOPs ）是一种通过产生强氧化剂来处理有 机污染物的技术。
疗废物等。
高级氧化技术可以用于固体废物的减量 化和资源化。通过高温焚烧、湿式氧化 等工艺，可以将固体废物中的有害物质 转化为无害物质，同时实现废物的减量
化和资源化利用。
在固体废物处理中，高级氧化技术还可 以与其他技术结合，如生物处理、物理 处理等，形成组合工艺，进一步提高处
理效果。
04
高级氧化技术发展现状与 趋势
高级氧化技术
05
高级氧化技术的发展趋势 与展望
技术创新与改进
高效催化剂的研发
通过改进催化剂的活性、选择性和稳定性，提高高级氧化技术的 处理效率。
反应条件的优化
深入研究反应机理，探索最佳的反应温度、压力、pH值等条件， 降低能耗和资源消耗。
新型反应器的设计
设计新型的反应器结构，实现高效混合、传热和传质，提高反应速 率和去除效率。
02
高级氧化技术的原理
电化学氧化法
原理
利用电化学反应产生强氧化剂，如羟 基自由基（·OH），对有机物进行氧 化分解。
应用
电化学氧化法常用于处理含有难降解 有机物的废水，如印染废水、制药废 水等。
优势
电化学氧化法具有处理效率高、操作 简单、无二次污染等优点。
挑战
电化学氧化法需要消耗电能，运行成 本较高，且对电极材料和反应条件要 求较高。
推动其在工业和市政领域的应用和推广。
THANKS
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高级氧化技术的实际应用
工业废水处理
工业废水处理
难降解有机物处理
高级氧化技术能够有效地处理工业废水中 的有毒有害物质，如重金属、有机污染物 等，降低其对环境的影响。
高级氧化技术能够将难降解有机物氧化成 低毒或无毒的小分子物质，降低其对生态 系统的危害。
含油废水处理
酸碱废水处理
高级氧化技术能够有效地处理含油废水， 去除其中的油类物质，提高废水的可生化 性。
高级氧化技术能够调节废水的酸碱度，使 其达到排放标准，减少对水体的酸碱污染 。
有机废气处理
有机废气处理
高级氧化技术能够有效地处理有机废气 ，如苯、甲苯、二甲苯等，降低其对大
气环境的影响。
恶臭气体处理
水处理中的高级氧化技术
水处理中的高级氧化技术1高级氧化技术是什么？高级氧化技术是一种用于处理有机和无机物质的化学氧化工艺，常用于有害有机物、氨氮等污染物的处理。
高级氧化技术利用高活性氧快速、有效降低污染物的总量，分别采用含氧气体，如氧气、过氧化氢、臭氧、过氧乙酸氢铵和过氧化氰氢，以及钝性氧体或有机物的氧化作用将有机污染物物中的有害成份降解分解或形成可分解物，最终使污染物的总量显著减少或消失。
2高级氧化技术的优势高级氧化技术具有众多优势：（1）其对有机废水中大多数有害有机物有极佳的去除效果，处理效率显著提高；（2）它不改变水质的pH值，操作简单，排放标准容易达到；（3）这种技术具有投资成本低和机械工程安装容易等特点，具有高效率、低能耗、高回收率等优势；（4）该技术还可以有效减少延迟性还原物对水质的影响和药剂的使用；（5）在改善水质的同时，该技术还可以减少水体中污染物的浓度和削减沉积物，改善水体生态环境；（6）可根据不同污染物负荷量和应用条件，采取多种催化剂和助剂，获得更高的去除效果。
3高级氧化技术在水处理中的应用高级氧化技术在石油废水处理中有重要的作用，特别是用于去除高浓度的持久性有机污染物以及氨类等污染物的处理。
它可以有效解决这些污染物的处理技术，使其能够达到水质规定的排放标准，并且具有循环利用水资源的优势，能够有效保护水资源，提高水环境质量。
高级氧化技术也可以用于有机污染物和重金属离子的净化，比如多环芳烃类物质、羟基叔丁烷、氨基甲烷等有机物，以及镍离子、镉离子、铅离子、铜离子、锑离子等重金属污染物的处理。
另外，该技术还可以用于除去水中有毒有害物质，以及元素含量不稳定性，令水得到有效把控，这有助于其他水处理工艺产生最佳配比，实现最佳水质效果。
4总结高级氧化技术是一种有效的处理方法，存在众多优势，可以用于处理有害有机废水中的大多数有机物。
它具有低成本，零排放，低耗能等优势，对水处理带来了很大的改善，以及希望令水质更加优良。
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(1)Fe2++H2O2→Fe3++OH-+· OH，K1=76L/(mol· s) (2)Fe3++H2O2→Fe2++HO2· +H+，K2=0.002- 0.01 L/(mol· s) (3)Fe2++· OH→Fe3++OH-，K3=3×108 L/(mol· s) (4)H2O2+· OH→H2O+ HO2· ，K4=2.7×107 L/(mol· s) (5)Fe3++OH-→Fe(OH)3(胶体) (6)· OH +org.→矿化产物( CO2、 H2O)
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光化学和光催化氧化法
影响因素 无机阴离子 与污染物竞争催化剂表面的活性位置 作为· OH的清除剂降低光催化氧化的速率 影响体系的pH值 金属阳离子 金属 离 子 可成为有效的导带电子俘获剂，也有可能被 还原为金属单质或生成氧化物沉积在催化剂表面，覆盖 催化剂活性位置或提供电子一空穴对的复合中心
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类Fenton氧化法
光/Fenton法 缺点 hV/Fenton法可提高有机物的矿化程度，但能耗大、成 本高 有机物浓度高时，三价铁络合物和Ｈ2Ｏ2吸收光量子数 降低，需要加入Ｈ2Ｏ2的量增加，而ＨＯ· 易被高浓度 的Ｈ2Ｏ2所清除 ＨＯ· +Ｈ2Ｏ2 →Ｈ2Ｏ+ＨＯ2 ·
光化学和光催化氧化法
单纯紫外光辐射的分解作用较弱，通过向紫外光氧化法 中引入适景的氧化剂(如Ｈ2Ｏ2、Ｏ3等)，可以明显提 高废水的处理效果和降解速率 光催化氧化是光催化剂(也称光触媒，photo catalysis) 在特定波长光源的照射下产生催化作用，使周围的水分 子及氧气激发形成极具活性的· OH及· 02自由离子基
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类Fenton氧化法
微波Fenton法 微 波波长在1mm~1m之间。微波辐射液体能使其中 的极性分子产生高速旋转而产生热量，同时改变体系热 力学函数，降低活化能和分子的化学键强度 改善反应条件，加快反应速度，提高反应产率，促进一 些难以进行反应的发生。 对物体内外同时加热，具有加热速度快、无温度梯度、 无滞后效应等特点 显著缩短反应时间，提高降解产率，具有较大的工业应 用潜力
Fenton氧化法
反应机理 Ｈ2Ｏ2+Fe2+→ Fe3+ +OH- +ＨＯ· ＨＯ· + Fe2+ → Fe3+ +OH Fe3+ +Ｈ2Ｏ2 → Fe2+ +ＨＯ2· +H+ ＨＯ2· +Ｈ2Ｏ2 →Ｏ2 +Ｈ2Ｏ+ＨＯ· RH+ＨＯ· →Ｈ2Ｏ+R· R· + Fe3+ → Fe2+ +R+ R· +Ｏ2 → ROO+…… →CＯ2 +Ｈ2Ｏ
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类Fenton氧化法
电Fenton 电Fenton法的实质是把用电化学法产生的Fe2+与H2O2 作 为Fenton试剂的持续来源。在酸性溶液中，在电极上通直流电 时，首先O 2在阴极通过还原反应产生H2O2，H2O2与溶液中的 Fe2+生成· OH 和 Fe3+，Fe3+可以在阴极上被还原再生成 Fe2+；另外，以Fe作为阳极，Fe2+可以直接由阳极氧化溶解产 生。所以电Fenton法相比经典Fenton法降低Fenton试剂的 用量。
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类Fenton氧化法
紫外光-可见光/Ｈ2Ｏ2 /草酸铁 优点 具有较强的利用紫外光和可见光的能力 · OH的产率高，草酸铁络合物可在一定程度上循 环利用 进一步提高有机物矿化程度，又使废水处理成本 降低
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类Fenton氧化法
超声/Fenton 超声 波 对 有机物的降解源于超声空化作用即存在于液体中的微 小气泡在超声场的作用下振荡、生长、崩溃和闭合的过程。 当对液体施加一定频率和强度的超声波时，就会产生大量的微小 气泡。空化崩溃时，在极短的时间和空化泡周围的极小空间内， 产生高温和高压，对水中污染物直接产生热解作用，同时产生氧 化电位很高的羟基自由基 Ｈ2Ｏ →Ｈ· +ＨＯ· ＨＯ· +ＨＯ· →Ｈ2Ｏ2 Ｈ· +ＨＯ· →Ｈ2 将Fe2+引入反应溶液，就会和超声波产生的Ｈ2Ｏ2产生· OH
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类Fenton氧化法
超声/Fenton 超声过程中Ｈ2Ｏ2的生成速度较慢，将超声波与 Fenton试剂氧化法相结合显著地缩短反应时间，提高 了降解率。并且随着Fe2+和Ｈ2Ｏ2浓度的增加，降解 速率加快
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Fenton氧化法
优点 反应条件温和，设备简单，适用范围广 既可作为单独处理技术应用，也可与其它处理过 程相结合 将其作为难降解有机废水的预处理或深度处理方 法，与其他处理方法(如生物法、混凝法等)联用， 可以更好地降低废水处理成本，提高处理效率， 拓宽该技术的应用范围。
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光化学和光催化氧化法
光催化氧化技术使用的催化剂有Ti02、ZnO、W03、 CdS、ZnS、Sn02和Fe304等。此类物质的特点是大多 具有较大的禁带宽度，能吸收能量高于其禁带宽度的波 长的辐射，产生电子跃迁，价带电子被激发到导带，形 成空穴一电子对 Ti02+ hv → Ti02 (e-+ h+) Ti02 (h+) +H20ad → Ti02十· OHad十H+
高级氧化技术(Advanced oxidation processes，AOPs)
特点 能产生大量非常活泼的羟基自由基· OH，其氧化能力 (2.80 V)仅次于氟(2.87 V)，· OH作为反应的中间产 物，可诱发后面的链反应 · OH能无选择地直接与废水中的污染物反应，将其降解 为二氧化碳、水和无害盐，不会产生二次污染 是一种物理-化学处理过程，很容易加以控制 既可作为单独处理，又可与其他处理过程相匹配，如可 作为生化处理的顸处理或深度处理，降低处理成本
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高级氧化技术AOPs
分类 Fenton及类Fenton氧化法 电化学法 光化学和光催化氧化法 臭氧类氧化法 超声氧化法 过硫酸盐活化法 湿式空气氧化 超临界水氧化 其他
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类Fenton氧化法
光Fenton (1)Fe3++H2O+hv→Fe2++ H++· OH (2)H2O2+ hv→2· OH (3)RH+ hv→降解产物 优点 降低了Fe2+用量，减少了Fe2+的二次污染，同时也保持了Ｈ2Ｏ 2较高的利用率 在pH=3左右，三价铁主要以Fe(0H)2+粒子形式存在，三价铁 的羟基络离子可以与紫外光反应生成经基自由基和亚铁离子，前 者可直接氧化有机物，后者又可作为催化剂重新参与反应 Fe(0H)2+→ Fe2+ +ＨＯ·
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光化学和光催化氧化法
应用领域 去除废水中的有机污染物：染料废水、高浓度有机废水 在饮用水深度处理阶段去除难降解的微污染物质：内分 泌干扰物、表面活性剂和消毒副产物 去除水中的无机离子：Cu2+,Pb 2+和Hg2+，亚硫酸盐、 硝酸盐 具有良好的消毒效果，能抑制和杀灭病菌：大肠杆菌、 绿脓杆菌、黄色葡萄球菌和癌细胞等
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光化学和光催化氧化法
Ti02催化氧化不需要苛刻的操作条件，紫外光、模拟太 阳光和日光均可作为光源，而且可以利用自然条件(如 空气)作为催化促进物，且活性高、稳定性好，能使有 机污染物彻底降解，可以无选择地矿化各种有机污染物， 不产生二次污染，对人体无害 对Ti02进行过渡金属掺杂，贵金属沉积或光敏化等改性 处理可提高Ti02的光催化性能或者扩大Ti02可响应的光 谱范围
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光化学和光催化氧化法
影响因素 光源和光强 多用高压汞灯、黑光灯及紫外杀菌灯等作为光源，波长在 100400 nm范围内。太阳光谱中有一部分近紫外光(波长为 300400 nm)，占太阳辐射能的4%-6%，也可作为激发能量 pH值 影响催化剂表面电荷的种类及数量，从而影响有机物的吸附 影响催化剂表面羟基浓度和半导体带边电位的移动，pH值升高 则Ti02表面轻基浓度增大，可降低电子、空穴复合速率，加 快· OH的形成并使导带电子还原能力增强
1.适当的增大 Fe2+和 H2O2 的浓度有利于提高污染物的降解效率 2.过量 Fe2+和H2O2 会成与· OH反应。 3.优点是反应物Fe2+来源广泛，价格便宜,反应易于操作。 4.缺点就是Fe2+和 H2O2需要量较大；需要控制较低的PH值，通常在3左右， 这样对设备的腐蚀较大；并且产生大量的Fe(OH)3 污泥；同时处理后的水 色度不能达标。
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光化学和光催化氧化法
问题 通 常 情况下，TiO2光催化氧化多在紫外光的有限波长 范围内才能进行，局限了光催化技术的推广应用 光催化氧化反应器的开发还不成熟，很难做到大规模处 理
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光化学和光催化氧化法