第3课高级氧化工艺
高级氧化工艺流程
高级氧化工艺流程Advanced oxidation process (AOP) is an innovative and effective technology for wastewater treatment. It is widely used to remove pollutants and contaminants in water, such as organic compounds, heavy metals, and even pathogens. 高级氧化工艺是一种创新和有效的污水处理技术。
它被广泛用于去除水中的污染物和污染物质，如有机化合物、重金属，甚至病原体。
One of the key advantages of AOP is its ability to generate highly reactive hydroxyl radicals, which can rapidly oxidize and destroy a wide range of contaminants. Hydroxyl radicals are known to have strong oxidative power, making them effective in breaking down even the most persistent and resistant pollutants. 高级氧化工艺的一个关键优势是它能够产生高度反应性的羟基自由基，这些自由基可以迅速氧化和破坏各种污染物。
羟基自由基以其强大的氧化能力而闻名，使其能够有效分解甚至最顽固和抗性的污染物。
In addition, AOP has the flexibility to be applied in both homogeneous and heterogeneous systems, making it suitable for a wide range of water and wastewater treatment applications.Moreover, it can be used as a standalone treatment process or in combination with other treatment methods to achieve desired treatment goals. 此外，高级氧化工艺具有灵活性，可以应用于均相和非均相系统，使其适用于广泛的水和废水处理应用。
工艺方法——高级氧化技术
工艺方法——高级氧化技术工艺简介高级氧化工艺（Advanced Oxidation Processes，简称AOPS）是20世纪80年代开始形成的处理有毒污染物技术，它的特点是通过反应产生羟基自由基（·OH），该自由基具有极强的氧化性，通过自由基反应能够将有机污染物有效的分解，甚至彻底的转化为无害的无机物，如二氧化碳和水等。
1、Fenton氧化法过氧化氢与催化剂Fe2+构成的氧化技术体系称为Fenton试剂。
它是100多年前由H.J.H.Fenton发明的一种不需要高温和高压而且工艺简单的化学氧化水处理技术。
近年来研究表明，Fenton的氧化机理是由于在酸性条件下过氧化氢被催化分解所产生的反应活性很高的羟基自由基所致。
在Fe2+催化剂作用下，H2O2能产生两种活泼的氢氧自由基，从而引发和传播自由基链反应，加快有机物和还原性物质的氧化。
其一般历程为：Fenton氧化法一般在pH为2-5的条件进行，该方法优点是过氧化氢分解速度快，因而氧化速率也较高。
但此方法也存在许多问题，由于该系统Fe2+浓度大，处理后的水可能带有颜色；Fe2+与过氧化氢反应降低了过氧化氢的利用率及其pH限制，因而在一定程度上影响了该方法的推广应用。
近年来，有人研究把紫外光（UV），氧气等引入Fenton试剂，增强了Fenton试剂的氧化能力，节约了过氧化氢的用量。
由于过氧化氢的分解机理与Fenton试剂极其相似，均产生·OH，因此将各种改进了的Fenton试剂称为类Fenton试剂。
主要有H2O2+UV系统、H2O2+UV+Fe2+系统、引入氧气的Fenton系统。
Fenton试剂及类Fenton试剂在废水处理中的应用可分为两个方面：一是单独作为一种处理方法氧化有机废水；二是与其他方法联用，如与混凝沉降法、活性炭法等联用，可取得良好的效果。
Fenton法的催化剂难以分离和重复使用，反应pH低，会生成大量含铁污泥，出水中含有大量Fe2+会造成二次污染，增加了后续处理的难度和成本。
（完整word）高级氧化技术
（完整word）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。
高级氧化工艺处理煤化工浓盐水探究
高级氧化工艺处理煤化工浓盐水探究
煤化工行业是我国的传统重点行业之一，但其生产过程中难免会排放大量的废水和废气。
其中浓盐水的处理成为了煤化工行业中的一个难点问题。
传统的处理方法主要为物理化学法和生物法，这些方法虽然在一定程度上可以降低COD和NH3-N等指标，但对于处理浓盐水及其难降解物质的效果并不明显。
高级氧化工艺是一种新兴而有效的处理浓盐水的方法。
该方法是利用活性氧化剂，通过高氧化还原能力来促进物质的氧化降解，进而达到净化水质的目的。
高级氧化工艺包括臭氧氧化、紫外光氧化、过氧化氢氧化等多种类型，其中臭氧氧化和紫外光氧化在煤化工浓盐水处理中应用较为广泛。
臭氧氧化是将臭氧作为氧化剂，通过氧化反应来降解水中的难降解有机物和无机物。
臭氧氧化不仅可以降解COD、BOD、NH3-N等有机物，还能降解水中的球菌和病毒，以及多环芳烃等有害物质。
同时，臭氧氧化还可以氧化硫化物等无机物质。
臭氧氧化的适用范围较广，但其成本较高，操作难度也较大。
紫外光氧化则是将紫外光作为氧化剂，利用光能将水中的有机物分解成CO2和H2O等无害物质。
紫外光氧化具有操作简单、空间占用小等优点，且不仅可以处理废水，还可以净化空气。
但其适用范围较窄，只能处理低浓度的有机物，难以处理高浓度的复杂有机物。
综合来看，高级氧化工艺是一种能够有效处理煤化工浓盐水的方法。
虽然具有一定的成本和操作难度，但通过适当的选择和应用，可以实现高效、经济、环保的处理效果。
煤化工企业应加强对该技术的应用和推广，进一步提升水质处理水平，实现可持续发展。
高级氧化技术PPT课件
❖ 光催化臭氧氧化 如O3/UV、O3/H2O2/UV
❖ 多相催化臭氧氧化 如O3/固体催化剂（如活 性炭、金属及其氧化物）
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臭氧氧化性能的影响因素－－气态O3的 投加方式
❖ O3的投加方式通常在混合反应器中进行，混 合反应器的作用有二：（1）促进气、水扩散 混合；（2）使气、水充分接触，迅速反应。
加202量1 困难
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饮用水处理－－色、嗅、味的去除
❖ 地表水体的色度主要由溶解性有机物、悬浮 胶体、铁锰和颗粒物引起。溶解性有机物引 起的色度较难去除，其致色有机物的特征结 构是带双键或芳香环。
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饮用水处理－－色、嗅、味的去除
❖ 其脱色的机理是臭氧及其产生的活泼自由基 OH使染料发色基团中的不饱和键（芳香基或 共轭双键）断裂生成小分子量的酸和醛，生 成了低分子量的有机物，从而导致水体色度 显著降低。
❖ 臭氧对系统具有良好的缓蚀作用；
❖ 适应pH值范围宽；
❖ 运行费用大大低于化学药202剂1 。
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循环冷却水的处理－－臭氧防腐机理
❖ 臭氧是一种强氧化剂，其抑制腐蚀的机理与 铬酸盐缓蚀剂的作用大致相似，主要原因是
由于冷却水中活泼的氧原子与亚铁离子反应 后，在阳极表面形成一层含γ-Fe2O3的氧化物 钝化膜能阻碍水中的溶解氧扩散到金属表面， 从而抑制腐蚀反应的进行 。同时，由于这种
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臭氧与有机物的反应途径
❖ 直接反应：污染物+ O3→产物或中间物 有选择性，速度慢；
❖ 间接反应：污染物+ HO·→产物或中间物
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
高级氧化技术概述课件
制药废水处理案例
要点一
总结词
制药废水处理是高级氧化技术的重要应用领域之一，可以 有效去除废水中的有害物质，达到排放标准。
要点二
详细描述
制药废水成分复杂，含有大量的有机物、重金属离子和抗 生素残留等有害物质，对环境和人体健康造成严重威胁。 高级氧化技术如臭氧氧化、电化学氧化等被用于处理制药 废水。这些技术能够通过强氧化作用分解废水中的有害物 质，使废水得到净化。制药废水处理案例包括抗生素、生 物制药等行业的废水处理，取得了良好的处理效果和环境 效益。
高级氧化技术的分类
化学氧化
通过化学反应产生强氧化剂，如臭氧、过氧 化氢等。
湿式氧化
在高温高压条件下，通过氧气或空气将有机 物氧化成水和二氧化碳。
光催化氧化
利用光能激发催化剂，产生强氧化剂，将有 机物氧化。
电化学氧化
利用电解反应产生强氧化剂，将有机物氧化 。
高级氧化技术的应用领域
工业废水处理
处理含有难降解有机污 染物的废水，提高处理 效率和降低污染物排放
05 高级氧化技术案 例分析
工业废水处理案例
总结词
工业废水处理是高级氧化技术的重要应用领域，可以有效去除废水中的有害物质，达到排放标准。
详细描述
在工业废水处理中，高级氧化技术如Fenton试剂、臭氧氧化、湿式氧化等被广泛应用。这些技术能够 通过产生强氧化剂来分解废水中的有机物、重金属等有害物质，使废水得到净化。工业废水处理案例 包括石油化工、印染、造纸等行业的废水处理，取得了良好的处理效果和经济效益。
电化学反应的应用
电化学反应在污水处理、 工业废水处理等领域得到 广泛应用。
高级氧化技术03
1948年Taube和Bray在试验中发现H2O2在水 溶液中可以离解成HO2–，可诱发产生·OH自由 基，随后O3和H2O2复合的高级氧化技术被发 现。
20世纪70年代，Prengle和Cary等率先发现光 催化可以产生·OH自由基，从而揭开了光催化 高级氧化的研究序幕。
近20多年以来，各种高级氧化方法逐渐被发现 并在水处理中获得应用。
三、·OH有什么神奇功效？
1. ·OH选择性小、反应速度·O快H速率常数相
差不大，选择性
表 2 常见有机污染物与 O3和·OH 的反应速率常数[2、3小]
有害化学物质
·OH 的反应速率常数 O3 的反应速率常数(mol-1·L·s-1) (mol-1·L·s-1)
林丹
0.04
(2.7～170)×108
O3+2H++2e→O2+H2O
2.07
H2O2
H2O2+2H++2e→2H2O
1.77
HClO
2HClO+2H++2e→2Cl-+2H2O 1.63
Cl2
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第3课高级氧化工艺
高级氧化工艺（AOP s）用于氧化废水中很难生物降解为简单终产物的复杂有机物组分。
当采用化学氧化时，可能没有必要将一种已知的化合物或一组化合物完全氧化。
在很多情况下，部分氧化就足以使一些特殊化合物适宜于后续生物处理或降低其毒性。
特殊化合物的氧化过程中最终氧化产物在降解程度上可能存在以下明显的区别（Rice，1996）：
1．初步降解改变原始化合物的结构；
2．可接受的降解(无害化) 使原始化合物结构发生变化并达到降低其毒性的目的；
3．完全降解（矿化）使有机碳转化为无机物CO2；
4．不可接受的降解（有害化）使原始化合物结构发生变化，毒性增大。
高级氧化理论
高级氧化工艺一般涉及到发生和利用游离羟基（HO·）作为强氧化剂破坏常规氧化剂氧、臭氧和氯不能氧化的化合物。
除氟外，游离羟基是目前已知的最具活性的氧化剂之一，游离羟基与溶解组分反应时可激活—系列氧化反应，直至该组分被完全矿化。
在这些化学反应中不存在选择性并且可在常温常压下操作。
与其他氧化物相比，羟基几乎可不受任何约束地将现存的所有还原物质氧化成为特殊的化合物或化合物的基团。
高级氧化工艺与其他处理工艺（如离子交换或汽提）不同，经过高级氧化处理后，废水中的化合物被降解而并非浓缩或转移到其他相中。
高级氧化过程中不会产生二次废物，所以不需要后续废物处置或再生设施。
用于生产游离轻基（HO·）的技术
目前，已有很多技术可在液相条件下生产HO·，在这些技术中，只有县氧/紫外线，臭氧/过氧化氢，臭氧/紫外线/过氧化氢及过氧化氢/紫外线等技术处于工业化应用中。
臭氧/紫外线（UV）可用下列臭氧的光解作用来解释利用紫外线生产游离羟基HO·的过程：
O3十UV（或hν，λ＜310 nm）→O2十O（1D）（1）
O（1D）十H2O→HO·十HO·(在湿空气中) （2）
O（1D）十H2O→HO·十HO·→H2O2（在水中）（3）式中O3——臭氧；
UV——紫外线（或hν＝能量）
O2——氧；
O（1D）——被激活的氧原子，符号是用于规定氧原子及氧分子形态
的光谱符号 (也称为单谱线氧)；
HO ·——羟基，在羧基及其他基团右上角的圆点(·)用于指示这些基
团带有不成对电子。
如式（2）所示，在湿空气中通过臭氧的光解作用会生成羟基，而在水中，臭氧的光解作用则会生成过氧化氢（参阅式3)。
因为臭氧在水中通过光解作用会生成过氧化氢，随后过氧化氢被光解生成羟基，臭氧用于此工艺中时，其费用一般非常昂贵。
在空气中，臭氧/紫外线工艺可通过臭氧直接氧化，光解作用或与羟基反应使化合物降解。
当化合物通过紫外线吸收并与羟基基团反应可发生降解时，利用臭氧/紫外线工艺是比较有效的。
该工艺的流程示意图如图1所示。
臭氧/过氧化氢 对于紫外线不可吸收的化合物，采用臭氧/过氧化氢高级氧化工艺可能是比较有效的—种处理方法。
该工艺的流程如图2所示。
废水中三氯乙烯（TCE ）和过氯乙烯（PCE ）类氯化合物利用过氧化氢和臭氧发生HO ·的高级氧化工艺处理可显著降低其浓度。
利用过氧化氢及臭氧生产羟基基团的总反应如下：
H 2O 十2O 3→HO ·十HO ·十3O 2 （4）
过氧化氢/紫外线 当含有过氧化氢的水暴露于紫外线（200-280 nm ）中时也会形成羟基基团。
可用下列反应描述过氧化氢的光解作用：
H 2O 2十UV （或h ν，λ≈200~280 nm ） （5）
在某些情况下，采用过氧化氢/紫外光工艺并不可行，因为过氧化氢的分子消光系数很小，不仅要求高浓度过氧化氢，而且不能有效利用紫外光的能量。
图3所示为一过氧化氢/紫外光工艺的典型装置及其流程示意图。
最近以来，过氧化氢/紫外线工艺已经应用于处理后废水中微量组分的氧化处理。
开展该工艺研究的目的是为了去除处理后废水中N —亚硝基甲胺（NDMA ）和其他人们所关心的化合物，其中包括：(1)性激素及舀族类激素，（2）处方和非处方人体用药物；（3）兽用抗生素及人体用抗生素；（4）工业及生活污水成分。
在处理后废水中这类化合物的浓度比较低时（通常以μg/L 计)，其氧化反应似乎遵循一级动力学规律。
氧化反应需要的电能以EE/O 单位表示，定义为每单位体积每一对数减小级的电能输入。
EE/O 用下列表达形式表示 )]/V[log(C /i i f C EE O EE （6） 式中
EE/O ——每一对数减小级的电能输入，kwh/(m 3·log 减小级)；
EE i 一—电能输入，kWh ；
V ——处理液体的体积，m 3；
C i ——起始浓度，ng ；
C f——最终浓度，ng。
根据近年来一些可用的技术，在过氧化氢投加剂量为5~6mg/L时，减小1对数级（即：100到10）NDMA需要的EE/O值为21~265kWh/(103m3·对数级)[0.08~1.0kWh/(103gal·对数级)]，不过在某些情况下并未显示出过氧化物参与反应的必要性。
所需要的EE/O值随着处理后废水水质的不同而发生显著变化。
其他工艺其他反应形式也会产生游离羟基HO·，其中包括H2O2和UV与Fenton试剂的反应以及像悬浮于水中作为催化剂的TiO2的一类半导体金属氧化物对紫外线的吸收反应等。
高级氧化工艺的应用
根据大量研究成果发现，几种高级氧化工艺的结合比任何一种氧化剂（例如臭氧、紫外线、过氧化氢）更为有效。
高级氧化工艺通常应用于COD浓度较低的废水处理中，因为产生羟基基团所需要的臭氧或/和过氧化氢的成本很高。
前面提及的抗降解物质可能会转化为需进一步生物处理的化合物。
下面将讨论高级氧化工艺在处理后废水消毒及难降解有机化合物处理中的应用方法，并讨论某些操作方面的问题。
消毒因为已经认识到由臭氧发生的游离基团与单独臭氧相比是一些更强的氧化剂，所以有理由认为可用游离羟基基团有效氧化微生物及水和废水中的难处理有机物。
但是非常遗憾的是游离羟基基团的半衰期极其短暂，仅为微秒级，所以在水中不可能达到较高的浓度。
因为其浓度较低，对于微生物杀灭停留时间的要求，在水消毒中禁止使用游离羟基。
难降解有机化合物的氧化引入上述羟基基团的原因并不是为了用于常规消毒的目的，而是为了将它们用于经高级处理以后的出水中氧化微量难降解有机化合物。
羟基基团一旦发生，可通过基团加入、脱氢、电子转移及基团结合破坏有机物分子。
1．基团加成羟基基团与不饱和脂族或芳香族有机化合物（例如，C6H6）的加成反应会生成带羟基基团的有机化合物，这类化合物可被氧及亚铁类化合物进一步氧化生成稳定的氧化型终产物。
在下列反应中，用缩写符号R代表参与反应的有机化合物。
R十HO·→ROH （7）
2．脱氢反应可用羟基基团从有机化合物分子上脱除一个氢原子，氢原子的脱除会导致形成一种带有基团的有机化合物，这种有机化合物与氧反应可激发一种链式反应，产生某种过氧基团，该基团可与另一种有机化合物反应，等等。
RH十HO·→R·十H2O （8）
3．电子转移电子的转移一般会形成高价离子，一价负离子的氧化会导致
原子或游离基团的形成。
R n十HO·→R n-1十OH—（9）
4．游离基团结合两个游离基因结合在一起，会形成一种稳定产物。
HO·十HO·→H2O2（10）
一般来说，在一个完全反应中，羟基基团与有机化合物的反应会生成水、二氧化碳及盐。
高级氮化工艺的操作问题
在某些废水中含有高浓度碳酸盐和重碳酸盐，这些物质可与羟基基团HO·发生反应并会降低高级氧化处理的工艺效率。
悬浮物，pH，组成残留TOC的化合物种类及性质及废水中其他组分也可能对高级氧化处理工艺产生某些影响。
对于每一种废水而言，由于其中组分的化学性质不同，为了取得有用的设计数据和资料并为积累操作经验，几乎无一例外，必须进行中间试验研究以确认高级氧化工艺在技术上的可行性。