高級(jí)氧化技術(shù)染料武漢工業(yè)廢水處理的研究進(jìn)展
來(lái)源：武漢權(quán)鼎環(huán)？萍加邢薰 閱讀：4882 更新時(shí)間：2016-12-08 11:20高級(jí)氧化技術(shù)染料武漢工業(yè)廢水處理的研究進(jìn)展
近年來(lái)，染料制備工業(yè)和染料的使用得到了飛速發(fā)展。武漢以紡織為貿(mào)易出品大市，由于染料武漢工業(yè)廢水處理具有有機(jī)物濃度高、可生化性差甚至有生物毒性等特點(diǎn)，使得傳統(tǒng)的生物法對(duì)其處理難以達(dá)到理想的效果。而由于高級(jí)氧化技術(shù)可產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化性的羥基自由基(HO),能使許多結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，甚至很難被微生物分解的有機(jī)分子轉(zhuǎn)化為無(wú)毒無(wú)害的可生物降解的低分子物質(zhì)，反應(yīng)終點(diǎn)產(chǎn)物大部分為二氧化碳、水和無(wú)機(jī)離子等，并且無(wú)剩余污泥和濃縮物產(chǎn)生，因此，近年來(lái)該技術(shù)成為處理染料武漢工業(yè)廢水處理的研究熱點(diǎn)。
1 濕式氧化法
濕空氣氧化技術(shù)（WAO)是由F. J. Zimmerann 在1944年研究提出，并在1958年首次將WAO用于處理造紙黑液廢水，COD去除率達(dá)90%以上2,3〕但由于該技術(shù)需要較高的反應(yīng)溫度（125 — 320 °C)、壓 力（0.5 — 20 MPa)，和較長(zhǎng)的停留時(shí)間，尤其是對(duì)于某些難氧化的有機(jī)物，反應(yīng)要求更為苛刻，因此自 20世紀(jì)70年代以來(lái)，在WAO基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)了一系列新技術(shù)41，如使用高效、穩(wěn)定催化劑的催化濕式 氧化技術(shù)（CWAO)，以及使用過(guò)氧化氫作氧化劑的催化濕式過(guò)氧化物氧化技術(shù)（CWPO)等。目前催化濕式氧化法的研究熱點(diǎn)主要集中在高效、穩(wěn)定的催化劑的制備上。
盡管催化濕式氧化工藝的處理效果比較理想，但是其操作條件比較苛刻，因此研制新型高效催化劑以降低反應(yīng)條件，使得反應(yīng)條件比較溫和成為當(dāng)前催化濕式氧化工藝的研究熱點(diǎn)。
2 Fenton試劑法
Fenton法是由H. J. H. Fenton提出的，該法以鐵鹽(Fe3+或Fe2+)為催化H2O2存在下產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的HO*，能氧化許多有機(jī)分子，且系統(tǒng)不需要高溫高壓。結(jié)果表明，該法特別適合于處理成分復(fù)雜（同時(shí)含有親水性 和疏水性染料）的染料武漢工業(yè)廢水處理，同時(shí)具有成本低、操作 方便的優(yōu)點(diǎn)，具有很大的推廣價(jià)值。隨著人們對(duì) Fenton法研究的深入，近年來(lái)又把紫外光(UV)、草 酸鹽等引入Fenton法中，使Fenton法的氧化能力大大增強(qiáng)。結(jié)果表明，光助Fenton體系的氧化能力遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的Fenton體系。
Fenton法反應(yīng)條件溫和，設(shè)備也較為簡(jiǎn)單，適用范圍比較廣。該法的缺點(diǎn)是氧化能力相對(duì)較弱，出水中含有大量的鐵離子。近年來(lái)，鐵離子的固定化技術(shù)引起了廣泛關(guān)注，并且成為Fenton氧化法的重要發(fā)展方向。
3 光化學(xué)與光催化氧化法
紫外光氧化法具有能量利用率高、脫色效果好等優(yōu)點(diǎn)，且脫色過(guò)程不產(chǎn)生污泥，處理后的廢水毒性相對(duì)較低， 因此紫外光氧化法成為染料武漢工業(yè)廢水處理脫色研究的熱點(diǎn)之一。向紫外光氧化法中引入適量的氧化劑，廢水的處理效果可以明顯地得到提高。H. Y. Shu 等121以酸性黑1為目標(biāo)降解物，對(duì)UV/H2O2工藝的操作參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)果表明，在適當(dāng)?shù)臈l件下，-2- 20 mg/L的染料分子可被完全礦化。而在同樣的條 件下，單獨(dú)UV輻照和單獨(dú)投加H2O2對(duì)染料幾乎沒(méi)有降解作用。
光催化氧化技術(shù)是在光化學(xué)氧化技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，與光化學(xué)法相比，有更強(qiáng)的氧化能力，可使有機(jī)污染物降解更徹底。研究發(fā)現(xiàn)，光催化氧化技術(shù)是一種能有效提高廢水可生化性的工藝。結(jié)果表明，光催化氧化法可有效去除難生物降解污染物，且可使廢水完全脫色。
近幾年的研究發(fā)現(xiàn)，向納米TiO2中摻雜適量的助劑后，其光催化活性有明顯提高。研究表明，當(dāng)Au的負(fù)載量為0.8 tg/cm2時(shí)，光催化反應(yīng)的速率與未摻雜Au的TiO2薄膜相比提高2倍。
4 電化學(xué)法
電解法主要使廢水中的有機(jī)物質(zhì)在陰陽(yáng)兩極上發(fā)生電極氧化還原反應(yīng)，生成不溶于水的沉淀物，經(jīng)過(guò)濾或直接氧化還原為無(wú)害氣體外排除去，從而達(dá)到降低COD的目的。應(yīng)用電化學(xué)方法去除有機(jī)污染物主要集中在具有生物毒性的化合物，依靠電化學(xué)方法所特有的電催化功能，可以選擇性地使有機(jī)物氧化降解到某一特定階段，這是電化學(xué)法最具吸引性和挑戰(zhàn)性的方面。電化學(xué)方法與其他方法的兼容性較好，較容易與其他方法配合使用，從而達(dá)到最佳處理效果。但是用電化學(xué)法徹底氧化分解水中有機(jī)污染物需要大量電子，能耗較高，設(shè)備成本也較高。這也是電化學(xué)法單獨(dú)使用時(shí)需要克服的問(wèn)題。
5 臭氧氧化法
臭氧具有很強(qiáng)的氧化能力。它對(duì)除分散染料以外的所有染料武漢工業(yè)廢水處理都有脫色能力，能夠破壞這些染料的發(fā)色或助色基團(tuán)，從而達(dá)到脫色效果。結(jié)果表明，UV的引入并沒(méi)有顯著提高染料的降解速率，這可能是因?yàn)槿玖衔錆h工業(yè)廢水處理的色度太大，吸收了大部分的紫外光。因此，對(duì)于高濃度的染料武漢工業(yè)廢水處理，UV的引入并不是經(jīng)濟(jì)有效的方法。
由于臭氧在水中的溶解度較低，如何更有效地把臭氧溶于水中巳成為該技術(shù)研究的熱點(diǎn)；并且使用臭氧也會(huì)產(chǎn)生其他副產(chǎn)物，其中最受關(guān)注的是羰基化合物中的醛類(lèi)，比如甲醛、乙醛，這些物質(zhì)具有急性毒性和慢性毒性，并且具有一定的致癌、致畸、致突變性。另外臭氧發(fā)生器的成本相對(duì)比較高，因此單獨(dú)的臭氧處理并不是一種經(jīng)濟(jì)有效地去除有機(jī)物的方法。
6 微波輔助氧化法
微波是指波長(zhǎng)為0.001 -4 m，頻率為300-300000MHz的電磁波。微波電磁場(chǎng)能使液體中的極性分子產(chǎn)生高速的旋轉(zhuǎn)碰撞而產(chǎn)生熱效應(yīng)，同時(shí)改變體系的熱力學(xué)函數(shù)，降低反應(yīng)的活化能和分子的化學(xué)鍵強(qiáng)度；同時(shí)，許多磁性物質(zhì)如過(guò)渡金屬及其化合物、活性炭等對(duì)微波有很強(qiáng)的吸收能力，由于其表面的不均勻性，微波輻射會(huì)使其表面產(chǎn)生許多‘熱點(diǎn)”這 些熱點(diǎn)處的能量比其他部位高得多，常作為誘導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)的催化劑。此外，微波還有非熱效應(yīng)的特點(diǎn)， 即在微波場(chǎng)中，劇烈的極性分子震蕩，能使化學(xué)鍵斷裂，故可用于污染物的降解。近年來(lái)，微波技術(shù)在難降解廢水處理領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注。
微波催化氧化廢水處理工藝，實(shí)際應(yīng)用的主要問(wèn)題是運(yùn)行費(fèi)用高，如何降低運(yùn)行費(fèi)用及回收高溫出水的熱能是今后需要研究的重點(diǎn)課題。
7 超聲氧化法
超聲化學(xué)的研究進(jìn)展表明，超聲也是一種有效的水處理高級(jí)氧化技術(shù)。超聲波作用下產(chǎn)生的聲空化效應(yīng)形成的高溫高壓致使空化氣泡內(nèi)部的氣體分子（水與其他氣體）離解產(chǎn)生自由基，進(jìn)而引發(fā)超聲化學(xué)反應(yīng)。超聲波凈化法(US法）被認(rèn)為是一種清潔且具良好前景的方法。一般認(rèn)為，水中的有機(jī)污染物可直接在超聲產(chǎn)生的高溫高壓‘空化泡”中分解，或者被自由基氧化。
8 其他處理方法
在處理難降解染料廢水方面，超臨界水氧化技 術(shù)是目前研究較為活躍的新技術(shù)之一，它是利用溫度為374 C、壓力為22.1 MPa的超臨界水作為介質(zhì)來(lái)氧化分解有機(jī)物。由于超臨界水氣液相界面消失，成為一均相體系，因而超臨界水中的有機(jī)物反應(yīng)速度極快。但是由于該技術(shù)對(duì)反應(yīng)條件要求較為苛刻 (高溫、高壓），對(duì)設(shè)備要求較高，因此還有一些實(shí)際的技術(shù)問(wèn)題亟待解決。
低溫等離子體化學(xué)法也是目前研究較多的新技術(shù)之一。該方法是在特定條件下使氣（汽）體部分電離而產(chǎn)生等離子體。由于其中離子、自由基、中性原子或分子等重離子的溫度接近或略高于室溫，所以稱(chēng)這種等離子體為低溫等離子體。低溫等離子體具有足夠高能量的活性物種，因而可使反應(yīng)物分子激發(fā)、電離或斷鍵。
近年來(lái)，高能量的電子束及丫射線照射也被用于染料武漢工業(yè)廢水處理中371。這種方法是利用水在高能量脈沖輻照下分解成HO*自由基和H原子，能夠進(jìn)攻染料分子的發(fā)色基團(tuán)和芳香環(huán)，從而達(dá)到降解染料的目的。
9 結(jié)語(yǔ)
高級(jí)氧化水處理技術(shù)是近20年來(lái)新興的水處理技術(shù)，由于其在污染物降解中具有高效性、普適性和氧化降解的徹底性等優(yōu)點(diǎn)，巳成為國(guó)內(nèi)外水處理一4 一 研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)課題。但就目前來(lái)說(shuō)，單一地使用這類(lèi)技術(shù)徹底去除染色廢水中的COD和色度，成本還是較高，與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用還有一定距離。高級(jí)氧化技術(shù)處理染料武漢工業(yè)廢水處理的發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)是提高處理效率、降低處理成本。而開(kāi)發(fā)高級(jí)氧化技術(shù)與生物技術(shù)的組合 工藝具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，即利用高級(jí)氧化工藝的強(qiáng)氧化性，使印染廢水中難降解有機(jī)物氧化為易于降解物質(zhì)，然后進(jìn)行生化處理，這樣，既能有效地提高處理效率，又能夠降低其處理成本。
