12种高级氧化技术
高级氧化技术
摘要从羟基自由基无选择性地氧化有机物出发，综述了我国水处理中的高级氧化技术，包括化学氧化、Fenton法、电化学阳极氧化、光化学氧化、湿式空气氧化、超临界水氧化及超声波技术等。
介绍了各种技术的机理，讨论了它们的优缺点及其在废水处理中的处理效果。
关键词羟基自由基高级氧化技术水处理1．简述随着工业的高速发展，进入水体的化学合成有机物的数量种类急剧增加，造成水资源的严重污染，已经威胁到了人类的生存与发展。
处理有机废水最经济的是生物处理方法，然而对于那些有毒且难生物降解的有机化合物，往往不能采用生物降解的方法去处理，而不得不考虑用其他方法了。
包括有混凝、沉淀、气浮、高级氧化技术（AOT）等。
下面主要谈谈高级氧化技术。
高级氧化技术是指在水处理过程中可产生羟基自由基（・OH），使水体中的大分子难降解有机物氧化成低毒或无毒的小分子物质，甚至直接降解成为CO2和H2O，接近完全矿化。
它是最有前景的处理低浓度难降解有机物的方法。
常见有机污染物与03和・OＨ的反应速率常数比较如表一。
从表一可以看出O3对不同的有机物质的氧化速度相差很大因而处理有机废水具有选择性，而・OH与不同有机物质的反应速率常数相差很小，它几乎可以无选择的将有机物矿化。
・OH的反应速率都相当快，一般其反应速率常数>109mol-1・L・S-1，基本接近扩散速率控制的极限（1010mol-1・L・S-1），氧化反应速度是由？OH的产生速度来决定的。
2．主要的高级氧化目前，主要的几种高级氧化方式有化学氧化、Fenton氧化、电化学氧化、光催化氧化、光助电催化、湿式空气氧化、超临界水氧化、超声波技术。
2.1化学氧化化学氧化是使用化学强氧化剂将废水中的难降解有机物和无机物转化为微毒或无毒的物质。
水处理中常用的化学氧化剂有ClO2，H2O2，NaClO2，KMnO4，Cl2，NaClO2，O3等。
几种强氧化剂氧化能力的比较见表二。
这些氧化剂产生的氧化反应的主反应都包括有自由基反应。
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。
污水处理中的高级氧化技术
污水处理中的高级氧化技术高级氧化技术在污水处理中的应用随着工业化和城市化进程的加快，污水处理成为了一个重要的环保问题。
传统的污水处理方法往往无法完全去除含有有机物的废水中的难降解物质。
为了解决这一问题，高级氧化技术被广泛应用于污水处理领域。
本文将介绍高级氧化技术的原理和各种应用场景，并探讨其在污水处理中的优势和潜力。
一、高级氧化技术的原理及机制高级氧化技术包括光催化氧化、高级氧化过程和非热等离子体技术等多种方法。
这些方法的共同机制是通过产生强氧化性自由基来降解有机废水中的难降解物质。
1. 光催化氧化技术光催化氧化技术利用紫外光激发催化剂表面的光生电子和空穴，生成氧化性自由基，从而降解废水中的有机物。
常用的催化剂包括二氧化钛、氧化锌等。
2. 高级氧化过程高级氧化过程利用一氧化氮、臭氧等强氧化剂氧化废水中的有机物。
这些氧化剂具有极强的氧化能力，能够有效降解难降解有机物。
3. 非热等离子体技术非热等离子体技术利用高能离子、自由基和激活分子氧等活性物种，对污水进行快速氧化和降解。
这种技术具有高效、无需添加化学药剂等优点。
二、高级氧化技术在污水处理中的应用场景高级氧化技术在污水处理中有广泛的应用场景，主要包括以下几个方面：1. 高浓度有机废水处理传统的生物处理方法对于高浓度有机废水往往效果不佳，难以彻底降解有机物。
而高级氧化技术具有强氧化能力，可以高效降解高浓度有机废水，提高处理效率。
2. 难降解废水处理一些工业废水中含有难降解有机物，传统的处理方法难以完全去除。
高级氧化技术可以通过生成氧化性自由基，有效降解废水中的难降解有机物，极大地提高了废水处理效果。
3. 残留药物和毒性物质去除污水中常常含有一些残留的药物和毒性物质，对环境和生态造成潜在风险。
高级氧化技术可以对这些化合物进行高效降解，降低其对环境的潜在危害。
4. 水体净化和水源保护高级氧化技术可以用于水体净化和水源保护中，通过氧化降解水中有机污染物，提高水质。
高级氧化技术
高级氧化技术高级氧化技术又称深度氧化技术，其基础在于运用电、光辐照、催化剂，有时还与氧化剂结合，在反应中产生活性极强的自由基(如HO·)，再通过自由基与有机化合物之间的加合、取代、电子转移、断键等，使水体中的大分子难降解有机物氧化降解成低毒或无毒的小分子物质，甚至直接降解成为CO2和H2O，接近完全矿化目前的高级氧化技术主要包括化学氧化法、电化学氧化法、湿式氧化法、超临界水氧化法和光催化氧化法等。
1 化学氧化技术化学氧化技术常用于生物处理的前处理。
一般是在催化剂作用下，用化学氧化剂去处理有机废水以提高其可生化性，或直接氧化降解废水中有机物使之稳定化[1]。
1.1 Fenton 试剂氧化法该技术起源于19世纪90年代中期，由法国科学家H. J. Fenton提出，在酸性条件下，H2O2在Fe2+离子的催化作用下可有效的将酒石酸氧化[2]，并应用于苹果酸的氧化。
长期以来，人们默认的Fenton主要原理是利用亚铁离子作为过氧化氢的催化剂，反应产生羟基自由基式为:Fe2++ H2O2——Fe3++OH-+·OH，且反应大都在酸性条件下进行。
在化学氧化法中，Fenton法在处理一些难降解有机物(如苯酚类、苯胺类)方面显示出一定的优越性。
随着人们对Fenton法研究的深入，近年来又把紫外光(UV)、草酸盐等引入Fenton法中，使Fenton法的氧化能力大大增强。
郁志勇[3]等用UV + Fenton法对氯酚混合液进行了处理，在1h内TOC去除率达到83.2%。
Fenton法氧化能力强、反应条件温和、设备也较为简单，适用范围比较广，但存在处理费用高、工艺条件复杂、过程不易控制等缺点，使得该法尚难被推广应用。
1.2 臭氧氧化法[4]臭氧氧化体系具有较高的氧化还原电位，能够氧化废水中的大部分有机污染物，被广泛应用于工业废水处理中。
臭氧能氧化水中许多有机物，但臭氧与有机物的反应是有选择性的，而且不能将有机物彻底分解为CO2和H2O，臭氧氧化后的产物往往为羧酸类有机物。
污水处理高级氧化技术方法分类及原理分析
污水处理高级氧化技术方法分类及原理分析
前言：高级氧化处理技术作为物化处理技术之一，具有处理效率高、对有毒污染物破坏较彻底等优点而被广泛应用于有毒难降解工业废水的预处理工艺中，已经逐渐成为水处理技术研究的热点。
目前的高级氧化技术主要包括化学氧化法、电化学氧化法、湿式氧化法、超临界水氧化法和光催化氧化法等。
一、化学氧化技术
化学氧化技术常用于生物处理的前处理。
一般是在催化剂作用下，用化学氧化剂去处理有机废水以提高其可生化性，或直接氧化降解废水中有机物使之稳定化。
1芬顿氧化法
该技术起源于19世纪90年代中期，由法国科学家H.J.Fenton提出，在酸性条件下，H2O2在Fe2+离子的催化作用下可有效的将酒石酸氧化[2]，并应用于苹果酸的氧化。
长期以来，人们默认的Fenton主要原理是利用亚铁离子作为过氧化氢的催化剂，反应产生羟基自由基式为:Fe2++H2O2——Fe3++OH-+·OH，且反应大都在酸性条件下进行。
(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]。
高级氧化技术方法简介
高级氧化技术方法1 光催化氧化法在光辐射作用下发生的化学氧化反应可称为光催化氧化。
光化学反应需要利用各种人造光源或自然光。
催化剂是光催化反应中至关重要的物质，目前的催化剂多为半导体材料，常见光催化剂有 TiO2、ZnO、SnO2和Fe2O3等[5]。
利用光催化降解农药废水早已有相关研究，JARNUZI[6]等以悬浮态的TiO2为催化剂，利用光催化氧化法处理杀虫剂五氯苯酚(C6Cl5OH，PCP)，并推导了光催化降解 PCP 的步骤。
葛飞[7]等采用TiO2膜浅池反应器对甲胺磷农药废水进行处理，结果表明，经生化处理后甲胺磷农药废水COD的去除率达到85.64%，达到国家《污水综合排放标准》中的一级标准，而有机磷的去除率可达到100%，显示出光催化氧化反应的良好处理能力。
虽然光催化降解农药废水具有降解时间短、效率高等优点，但也存在光源利用率较低的缺点。
将光催化氧化技术与其它高级氧化技术联合使用，可以提高处理效率，强化氧化能力，近年来受到研究者的重视。
荆国华[8]等利用UV/Fenton 技术处理三唑磷农药废水，结果表明，Fe2+∶H2O2为1∶20时，光解效果较佳，反应速率常数在0.03min-1，COD去除率可达到90%。
彭延治[9]等利用UV/TiO2/Fenton联用光催化降解敌百虫农药废水，当敌百虫农药浓度为0.1 mmol/L，TiO2质量浓度为2g/L，Fe3+用量为0.10 mmol/L，H2O2用量为2mmol/L，光照时间为2h时，敌百虫农药有机磷的降解率为92.50%。
2 Fenton氧化法酸性环境下，Fenton试剂可产生高活性的· OH，其高达2.8V的氧化电位，可以与有机物发生亲电加成、去氢反应、取代反应和电子转移反应，从而降解有机污染物。
杨新萍[10]等采用Fenton试剂处理COD为1.29×104mg/L的有机氯农药废水， COD和色度去除率分别为47.8%和84.4%。
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
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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。