水污染控制化学氧化技术

分类：化学论文发表 时间：2020-09-01 09:17 关注：(1)

　　水污染控制是达成环境保护目标的根本途径之一，它能够在提高水源质量的同时起到美化环境的作用。目前，高级氧化技术的应用逐渐得到了普及，该技术手段治污效果良好，不会对水源造成破坏。氧化反应过程中，置入水源中的氧化剂会生成高活性的羟基自由基，原本无法自行分解的污染物质会在自由基的作用下被分解为小分子物质，从而实现控制水污染的目标。而基于网络信息系统开展水污染控制是发展大趋势。本文就常见的高级氧化技术进行论述，重点分析了各项技术手段控制水污染的原理，以及其未来发展的前景。

　　关键词：水污染控制；化学氧化；高级氧化技术；发展前景

　　水污染控制是我国实施环境保护计划的重点内容之一，同时也是难点。由于水源具有流动性的特点，仅采取静态控制的方法无法达到预期的控制效果，而高级氧化技术的引入，可以有效提高水污染控制效果，所以应当逐步推广，最终实现普及应用。不同于传统的治理技术，高级氧化技术是基于氧化还原反应实现污染控制目标的，整个治理过程不会对水源造成过大的污染，而且该治理技术最大优势在于可以满足水污染流动性的特征。置入水源的氧化剂会随着水的流动而扩散，直至氧化还原反应将氧化剂消耗完毕。高级氧化技术可以直接将水源中的污染物质矿化，并将其降解为二氧化碳、水等无机物，从而实现降低污染物毒性的目标。就目前国内外治污现状来看，主流的高级氧化技术有化学氧化、湿式氧化、光催化氧化以及超临界氧化等。根据不同的污染类型，各种氧化技术的污染控制效果也存在一定不同。

　　1高级氧化技术

　　高级氧化技术又称做深度氧化技术，以产生具有强氧化能力的羟基自由基(·OH)为特点，在高温高压、电、声、光辐照、催化剂等反应条件下，使大分子难降解有机物氧化成低毒或无毒的小分子物质。根据产生自由基的方式和反应条件的不同，可将其分为光化学氧化、催化湿式氧化、声化学氧化、臭氧氧化、电化学氧化、Fenton氧化等[1]。

　　1.1臭氧氧化

　　作为目前主流的高级氧化技术，臭氧氧化技术的水污染控制效果较好，主要应用于饮用水处理领域，臭氧本身作为一种强氧化剂，在和水反应的过程中可以生成大量的羟基自由基，从而达到消毒的目标。在经过技术研究和方案改革后，现阶段主要使用过氧化氢联合臭氧治污[2]。其中，过氧化氢作为催化剂使用，主要目的是提高氧化还原反应的速率。

　　1.2光催化氧化

　　1976年，光催化氧化正式被提出并应用于水污染控制领域，该氧化技术主要利用具有光敏特性（表现为对紫外线敏感）的催化剂实现氧化还原反应，从而达到控制污染物质的目标[3]。根据相关研究结果显示，现阶段主要使用二氧化钛作为催化剂，该试剂的活性强，当外部光源照射到二氧化钛的表面之后，其分子表面就会产生电子-空穴对，而空穴具有极强的化学反应活性，在吸附到水分子或者氢氧离子之后就会产生羟基自由基，将水源中的污染物质进行矿化，促使其转化成为二氧化碳或水等无机物质。就光催化氧化技术来说，由于反应条件的限制，以及氧化反应过程中具体氧化速率难以实现精准控制，目前只应用于较难降解污染物质的处理上，对其他类别污染物质的降解效果并不理想[4]。

　　1.3湿式氧化

　　湿式氧化可以处理的废水类别较为宽泛，可以实现良好的水污染控制效果，是目前主流的高级氧化技术之一。湿式氧化主要利用高温高压环境，借助氧气或者空气实现氧化反应，并将水源中污染物质进行降解的一种技术手段。只要满足反应温度和压强的要求，就可以在短时间内实现对污染物质的处理，且不会对水源造成任何污染[5]。但是根据相关调研报告显示，湿式氧化需要达到预期的环境条件才能实现氧化还原反应，而为了达到环境的需求，需要配置高端的设备，其成本过高，造成无法实现大范围普及应用[6]。基于成本问题，也考虑到湿式氧化确实具有显著的治污效果，催化湿式氧化技术成为了代替湿式氧化技术的手段，该技术在湿式氧化技术的基础上加入了催化剂，促使整个氧化还原反应能够在更短的时间内完成，从而降低了反应期间对设备造成的腐蚀和损害。和传统湿式氧化技术相比，增加催化剂可以在保证污染处理效果的同时有效降低成本。

　　1.4超临界水氧化

　　超临界水氧化利用了水在不同温度、不同压强状态下的特性。当水处于临界点，即374℃，22.1MPa时，会具有良好的传热和传质特性，可以作为一种良性反应介质使用，该技术主要应用于对有机废水的处理上。超临界水氧化是废物在超临界水中发生氧化反应从而将其去除，由于是在高温高压下进行的反应，整体反应速率极快，有机物可以完全被转化为二氧化碳、水、无机盐等小分子化合物，不形成二次污染，且经超临界氧化后的废水可完全回收利用[7]。目前，国际上一些国家已经完成了超临界水氧化的相关实验，并正式将该技术手段应用于小型废水处理站。和湿式氧化类似，超临界水氧化同样需要考虑到设备的腐蚀以及反应器堵塞和维保成本过高等问题。对超临界水氧化技术而言，需要进一步研究反应特性，不断优化技术方案，确保水源中污染物质被完全清除的同时，并控制整个处理成本在一个合理的范围。

　　2高级氧化技术发展前景

　　2.1多种技术手段联合使用

　　作为高级氧化技术手段而言，借助单一技术手段开展水污染治理工作的效果可以达到预期，但是随着有关高级氧化技术的研究工作不断深入，也为了进一步提高水污染治理的效果，开始需要将两种及以上高级氧化技术进行联合使用[8]。为了达到更好的水污染治理效果，在制定治理方案的时候还是要深入研究不同种高级氧化技术的优缺点。其中，治污方案的制定，以及高级氧化技术的选择，均需要按照水污染的程度来决定。对污染面积较大，但是污染程度较轻的水源而言，可以采用湿式氧化技术为主，并结合臭氧氧化技术进行治理；对于含有较多污染成分的水源来说，则要围绕超临界水氧化技术设计治理方案，辅助氧化技术可以采用臭氧氧化技术或者光催化氧化技术。

　　2.2反应条件逐渐简化

　　作为治理水污染的可靠技术手段，高级氧化技术具有显著的治理效果，而该技术未来发展的一个主要趋势就是氧化反应的条件会逐渐简化，尤其是对于需要催化剂才能实现反应的高级氧化技术[9]。诸如超临界水氧化技术，以及光催化氧化技术等，此类高级氧化技术的反应条件较为复杂，但是在反应条件满足的前提下，水污染处理效果能够达到预期。而在反应过程中，除需要催化剂支持以外，对温度、湿度也同样有着较高的要求，所以高级氧化技术未来发展的前景之一就是反应条件的简化，通过不断的研究和实验，研制出催化速率更高的催化剂。而温度、湿度等条件，则主要通过对反应流程进行简化实现。在现有氧化还原反应的基础上，进一步对反应流程进行简化，确保降低温度和湿度对氧化还原反应速度的影响[10]。需要注意的是，为保障水污染治疗效果达到预期，在简化反应流程，或者优选催化剂的时候，要采取动态把控措施，实时观察氧化反应的变化。

　　3结语

　　高级氧化技术的应用，能够有效改善水源污染，而且对水源本身不会造成污染，但是在具体应用过程中，还需要从两个方面入手来提高水污染控制效果。一方面需要从技术手段的选择上入手，工作人员需要全面分析水源中污染物质成分以及各类污染物质的占比，根据分析报告设计水污染控制方案，选定污染控制效果最好的高级氧化技术；另外一个方面，部分氧化还原反应会产生大量的腐蚀性气体，由于设备的运行维护成本较高，所以要深入研究各类反应介质的特性，通过增加催化剂或者调节反应环境的方式来提升反应速率，确保设备不会受到过于严重的腐蚀。

　　参考文献

　　[1]阎虹,韦朝海,张亚平,等.水污染控制化学中高级氧化技术的研究及发展[J].精细与专用化学品,2008(4):19-22.

　　[2]丁正丹,张洪林.高级氧化技术在难降解有机废水中的研究及应用[J].化学与粘合,2010(4):76-79.

　　[3]李继洲,田鸣,牛城,等.高级氧化技术在水污染控制领域的研究进展[A].环境污染与大众健康学术会议论文集[C].武汉:美国科研出版社,2010:1153-1157.

　　[4]张微薇,姚锐,陈璐,等.高级氧化技术处理染料废水的研究进展[J].水污染及处理,2018(4):159-164.

　　[5]石谷金.高级氧化技术在水处理中的应用[J].中国资源综合利用,2018(3):58-60.

　　[6]徐君.水体中新兴污染物-17β-雌二醇和卤乙酰胺的自由基降解机理研究[J].复旦大学,2014.

　　[7]占鹏,孙微.高级氧化技术处理垃圾渗滤液的研究进展[J].江西化工,2018(6):1-6.

　　[8]李佳衡.废水高级氧化技术研究现状与发展[J].科学与财富,2019(11):97.

　　[9]李健.高级氧化技术在水处理中的研究进展[J].环境与发展,2019（2）：94-95.

　　[10]唐黎标.制浆造纸废水高级氧化技术研究现状及展望[J].造纸装备及材料,2018(1):16-17.

　　作者：张丽萍