高效催化氧化技術(shù)在水處理行業(yè)的運用

1.過(guò)氧化氫催化氧化

催化氧化法的種類(lèi)很多，最常用的是過(guò)氧化氫氧化法。

過(guò)氧化氫在氧化消毒試劑中具有特殊的地位，因為它除了強的氧化作用外也具有還原性，而且在水溶液中形成過(guò)氧羥基可是許多污染物迅速水解。過(guò)氧化氫可用于有毒廢棄物的氧化破壞、廢水的消毒、除味，可以滿(mǎn)意地解決許多廢液?jiǎn)?wèn)題。H2O2的特點(diǎn)是在較寬的pH值范圍內具有高的反應活性，不產(chǎn)生有毒的反應產(chǎn)物，另外它比其它氧化劑穩定的多。

過(guò)氧化氫與亞鐵離子結合形成的Fenton試劑，具有極強的氧化能力，對于許多種類(lèi)的有機物都是一種有效的氧化劑。開(kāi)發(fā)Fenton試劑在工業(yè)廢水處理中的應用，國內外已進(jìn)行了廣泛的研究。Fenton試劑特別適用于生物難降解或一般化學(xué)氧化難以奏效的有機廢水的氧化處理。

Fenton試劑之所以具有非常強的氧化能力，是由于過(guò)氧化氫在催化劑鐵等存在時(shí)，能生成氫氧自由基（·OH）。氫氧自由基比其他一些常用的氧化劑具有更高的氧化電極電位，因此·OH是一種很強的氧化劑，另外氫氧自由基具有很高的電負性或親電子性，其電子親和能力為569.3kJ，容易進(jìn)攻高電子云密度點(diǎn)，這就決定了·OH的進(jìn)攻具有一定的選擇性。

2.二氧化氯催化氧化

化工行業(yè)的生產(chǎn)廢水性質(zhì)復雜，普遍具有“三高一差”的特點(diǎn)，即COD高，含鹽量高，色度高，可生化性差。許多廢水具有較強的毒性，是典型的有毒性難降解有機廢水。由于其對微生物具有高毒性，所以難以采用傳統的生物處理技術(shù)，其它如Fenton試劑、光化學(xué)催化氧化等方法，對廢水的COD有一定的處理效果，但也由于經(jīng)濟和技術(shù)原因，難以達到工業(yè)應用的水平。因此急需尋找一條處理的新途徑。

二氧化氯催化氧化法是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的水處理高級氧化技術(shù)之一，它是在化學(xué)氧化法的基礎上改進(jìn)、發(fā)展起來(lái)的，并逐漸成為研究的一個(gè)熱點(diǎn)。常用的氧化劑有O3、H2O2、NaClO3及ClO2等，其中，二氧化氯是一種新型高效氧化劑。

二氧化氯催化氧化的原理就是在表面催化劑存在的條件下，利用強氧化劑——二氧化氯在常溫常壓下催化氧化廢水中的有機污染物，或直接將有機污染物氧化成二氧化碳和水，或將大分子有機污染物氧化成小分子有機污染物，提高廢水的可生化性，能較好的去除有機污染物。在降解COD的過(guò)程中，打斷有機分子中的雙鍵發(fā)色團，如偶氮基，硝基，硫化羥基，碳亞氨基等，達到脫色的目的，同時(shí)有效地提高BOD/COD值，使之易與生化降解。這樣，二氧化氯催化氧化反應在高濃度，高毒性，高含鹽量廢水中充當常規物化預處理和生化處理之間的橋梁。

本反應的核心為三相催化氧化。這三相分別是：由風(fēng)機送入塔內的壓縮空氣(氣相)，藥劑發(fā)生器產(chǎn)生的高效氧化劑（液相），和固定在載體上的催化劑（固相），其中催化劑為復合型貴金屬化合物，正是該催化劑的作用，使空氣中的氧氣也作為氧化劑參與反應，從而減少了液相氧化劑的耗量，降低了處理成本，提高了處理效率，又能使反應速度大大加快，縮短了廢水在塔內的停留時(shí)間。廢水經(jīng)預處理除去水中雜物后，進(jìn)入催化氧化塔，水中有機污染物在催化劑的作用下被氧化劑分解，苯環(huán)，雜環(huán)類(lèi)有機物被開(kāi)環(huán)，斷鏈，大分子變成小分子，小分子再進(jìn)一步被氧化為二氧化碳和水，從而使廢水中的COD值大幅度降低，色澤基本褪盡，同時(shí)提高了BOD/COD的比值，降低了廢水的毒性，提高了廢水的可生化性，為后續生化處理創(chuàng )造條件，使廢水處理后達標排放。

此反應的適用范圍: 1 含芳香族類(lèi)化工廢水；2 染料類(lèi)化工廢水；3 農藥、醫藥、獸藥類(lèi)化工廢水；4 含氟、氰類(lèi)化工廢水；5 焦化廢水

特點(diǎn)：

投資省，效果好，工藝流程短，操作簡(jiǎn)便易行，常溫常壓，可間斷運行也可連續運行。無(wú)沉渣沉泥產(chǎn)生，對環(huán)境無(wú)二次污染。

3.催化臭氧化

催化臭氧化技術(shù)是近年發(fā)展起來(lái)的一種新型的在常溫常壓下將那些難以用臭氧單獨氧化或降解的有機物氧化的方法，同其他高級氧化技術(shù)(如O3/H2O2、UV/O3、UV/H2O2、UV/H2O2/O3、TiO2/UV和CWAO等)一樣，也是利用反應過(guò)程中產(chǎn)生的大量強氧化性自由基(羥基自由基)來(lái)氧化分解水中的有機物從而達到水質(zhì)凈化。羥基自由基非�；顫�，與大多數有機物反應時(shí)速率常數通常為106～109M-1·s-1。

可作為催化劑的有：銅系列催化劑、三氧化二鋁基催化劑、銳鈦礦和綠坡縷石基催化劑、金屬釕負載在二氧化鈰(200m2/g)上作催化劑、過(guò)渡金屬

催化臭氧化對水中有機物去除率較單獨吸附和單獨臭氧化之和還要高，而且消耗的臭氧量也大為減少；氯化消毒處理時(shí)，催化臭氧化比同樣條件下單獨臭氧化或臭氧過(guò)氧化氫氧化所需的氯量減少；此外即使在氯化消毒工藝加同樣的氯量，催化臭氧化作為氯化預處理工藝所產(chǎn)生的三鹵甲烷量較預臭氧化和預氯化工藝所形成的三鹵甲烷量少。

4.光催化氧化

光催化氧化以N型半導體為催化劑，各種催化劑活性順序為T(mén)iO2＞ZnO＞W(wǎng)O3。TiO2是常用的催化劑。TiO2的性質(zhì)，光化學(xué)性十分穩定，無(wú)毒價(jià)廉，貨源充足。

光催化氧化法是近20年才出現的水處理技術(shù)，在足夠的反應時(shí)間內通�？梢詫⒂袡C物完全礦化為CO2和H2O等簡(jiǎn)單無(wú)機物，避免了二次污染，簡(jiǎn)單高效而有發(fā)展前途。由于以二氧化鈦粉末為催化劑的光催化氧化法存在催化劑分離回收的問(wèn)題，影響了該技術(shù)在實(shí)際中的應用，最新研制了一種復合催化劑膜，是將粉末活性炭和TiO2聯(lián)合固定的一種膜，其催化劑的附著(zhù)性和去除效果均優(yōu)于純TiO2膜，為光催化氧化技術(shù)找到了更加理想的復合催化劑及其工程應用的方法。

5.納米TiO2光催化氧化技術(shù)

原理和特點(diǎn)

其作用原理是，在紫外光照射下，納米TiO2表面會(huì )產(chǎn)生氧化能力極強的羥基自由基(·OH)，使水中的有機污染物氧化降解為無(wú)害的CO2和水。納米TiO2光催化氧化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是： ①降解速度快，一般只需幾十分鐘到幾小時(shí)即可取得良好的廢水處理效果；②降解無(wú)選擇性，幾乎能降解任何有機物，尤其適合于氯代有機物、多環(huán)芳烴等；③氧化反應條件溫和，投資少，能耗低，用紫外光照射或暴露在陽(yáng)光下即可發(fā)生光催化氧化反應；④無(wú)二次污染，有機物徹底被氧化降解為CO2和H2O；⑤應用范圍廣，幾乎所有的污水都可以采用。

應用范圍

（1）有機磷農藥廢水處理。

采用納米TiO2·SiO2負載型復合光催化劑，利用其光催化活性及高效吸附性，能使有機磷農藥在其表面迅速富集，隨光照時(shí)間的延長(cháng)，有機磷農藥的光解率逐漸升高，光照80min，可完全降解。

(2)毛紡染整廢水處理。

把表面涂覆有納米TiO2膜的玻璃填料填充于玻璃反應器內，通過(guò)潛水泵使廢水在反應器內循環(huán)進(jìn)行光催化氧化處理。由于納米TiO2具有巨大的比表面積，與廢水中的有機物接觸更為充分，可將它們最大限度地吸附在其表面，并迅速將有機物分解成CO2和H2O，處理效果優(yōu)于生物處理和懸浮光催化氧化處理，COD去除率和脫色率均較高。催化劑能連續使用，不需要分離回收，便于工業(yè)應用。

(3)氯代有機物廢水處理。

日本東京大學(xué)野口真用納米TiO2光催化劑與臭氧聯(lián)合進(jìn)行水的凈化處理。在模擬廢水處理的試驗中，以16mg/L 3-氯酚的水溶液為模擬廢水，分別采用納米TiO2光催化劑與臭氧聯(lián)合、單獨用光催化劑納米TiO2和單獨用O3三 種方法對其進(jìn)行處理。納米TiO2光催化劑與臭氧聯(lián)合處理2 h后，3-氯酚的殘留濃度已為0 ，效果明顯高于其他兩種方法。用內表面涂覆納米TiO2光催化劑的陶瓷圓管處理5.5 mg/ L苯酚和三氯乙烯水溶液的試驗表明，苯酚在1.5 h后完全分解，三氯乙烯也在2 h內完 全分解。

(4)含油廢水處理。

含油廢水中所含的脂肪烴、多環(huán)芳烴、有機酸類(lèi)、酚類(lèi)等有機物很難降解，使用納米TiO2，利用其光催化降解功能，可以迅速地降解這些有機物。

應用前景

納米TiO2光催化氧化技術(shù)在徹底降解水中的有機污染物和可以利用太陽(yáng)能等方面有著(zhù)突出的優(yōu)點(diǎn)，特別是當水中的有機污染物濃度很高或用其他方法難以處理時(shí)，具有更明顯的優(yōu)勢，是其他傳統方法無(wú)法比擬的，尤其是近年來(lái)高效率的光催化劑、納米粒子負載和金屬摻雜、光電結合的催化方法以及太陽(yáng)能技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)，使納米TiO2光催化氧化應用于水處理領(lǐng)域有著(zhù)良好的前景。來(lái)源：谷騰水網(wǎng)