高级氧化组合技术在污水处理中的应用

高级氧化组合技术（Advanced Oxidation Processes Combination，简称AOPCs）在污水处理中的应用日益广泛，它主要基于高级氧化技术（Advanced Oxidation Processes，简称AOPs）的原理，通过结合两种或多种高级氧化技术，实现对污水中难降解有机物的高效去除。以下是对高级氧化组合技术在污水处理中应用的详细介绍。

一、技术原理

高级氧化技术的基础原理是运用电、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（如羟基自由基·OH），这些自由基具有极强的氧化性，能够通过与有机化合物之间的加合、取代、电子转移、断键等反应，将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，甚至直接降解成为二氧化碳（CO?）和水（H?O），接近完全矿化。

二、高级氧化组合技术的优势

1、增强氧化能力：不同的高级氧化技术具备独特的氧化机理，通过组合使用，可以显著提升污水处理的整体氧化能力。例如，臭氧氧化法和紫外光催化法的结合，可以互补其优势，臭氧在紫外光照射下分解生成的氧原子与羟基自由基可以相互作用，极大地增强氧化反应的效率。

2、扩大适用范围：单一的高级氧化技术在处理某些污水时可能存在局限性，例如对特定污染物的去除效率有限或对操作条件有严格要求。通过组合不同的氧化技术，可以有效扩展其适用范围，适应更复杂的污水处理需求。

3、提高处理效率：组合工艺通过整合不同技术的优势，能够显著提升污水处理的效率。这种综合利用技术的优势可以有效缩短处理时间，提高处理效果。

4、降低处理成本：合理的高级氧化技术组合可以在多个方面降低处理成本。通过优化工艺组合，可以减少药剂和化学品的用量，降低原料成本；同时，组合工艺通常可以在温和的操作条件下完成反应，减少能耗并降低能源成本。

5、稳定性好：高级氧化组合工艺中的多种技术可以相互补充和协同作用，从而提高系统的稳定性和可靠性。单一技术在处理复杂污水时可能面临不确定性和风险，通过结合多种技术，可以平衡和优化各个处理环节，减少单一技术带来的不稳定因素。

三、常见的高级氧化组合技术及应用案例

1、臭氧+紫外光催化

原理：臭氧（O?）在紫外光（UV）照射下会发生光解反应，分解为氧气（O?）和单原子氧（O）。这些单原子氧具有很强的氧化能力，能够与水分子（H?O）反应生成羟基自由基（?OH）。羟基自由基是一种非常强的氧化剂，能够有效降解许多有机污染物。此外，紫外光还能激发光催化剂（如二氧化钛TiO?），使其释放更多的羟基自由基。

优势：处理效率高，反应速度快，可以显著缩短处理时间；减少废水处理过程中产生的副产物，降低二次污染的风险。

2、臭氧+电化学氧化

原理：电化学氧化是一种通过电极反应生成羟基自由基（?OH）的处理技术。在这一过程中，臭氧（O?）在电极表面被还原为羟基自由基，直接参与污水中的有机物降解。

优势：处理效率高，能耗和操作成本较低；设备设计相对紧凑，占地面积较小，具有良好的适用性和经济性。

3、Fenton+紫外光

原理：Fenton试剂是一种由过氧化氢（H?O?）和二价铁离子（Fe??）组成的氧化剂。紫外光的加入可以进一步激发Fenton试剂的氧化能力。

优势：提供强大的氧化能力，对有机污染物的去除效果好；尤其适用于高浓度的有机废水处理。

4、类Fenton体系

原理：类Fenton体系是对传统Fenton试剂的一种改进，通过引入其他金属离子（如铜离子Cu??、钴离子Co??等）或结合光、电等技术来增强氧化效果。

优势：具有较高的灵活性，可以根据不同的污染物性质选择合适的金属离子和技术组合；能够处理更复杂的废水和更高浓度的污染物。

5、光催化+膜分离

原理：光催化技术通过光催化剂（如TiO?）在光照下生成羟基自由基（?OH），降解污水中的有机污染物。膜分离技术则用于截留和回收光催化剂，并去除污水中的悬浮物。

优势：提高了催化剂的回收利用率，减少了催化剂的消耗；能够去除污水中的悬浮物和其他固体杂质，显著提高出水质量。

6、光催化+超声波

原理：超声波技术通过空化作用产生局部的高温高压环境，从而提高催化剂与有机物的接触和反应效率。

优势：提高了催化剂与有机物的接触效率，增强了光催化反应的速率。

7、湿式氧化与催化氧化结合 (CWAO)

原理：湿式空气催化氧化(CWAO)将传统湿式氧化工艺与催化剂结合，使得氧化反应能够在较低的温度和压力条件下进行。催化剂的引入可以显著提高氧化反应的速率和效果，并减少反应所需的能量。CWAO技术通过催化剂促进湿式氧化反应，实现对废水中有机物的高效去除。

优势：CWAO技术通过使用催化剂，降低了反应所需的温度和压力，从而减少了能源消耗。温和的反应条件还能够减少设备的腐蚀，延长设备的使用寿命。此外，相对较低的操作温度和压力降低了运行成本，使得该技术在工业废水处理中的经济性更高，适用于各种废水处理应用。

8、电化学氧化与其他技术结合

原理：电化学氧化技术通过电极反应生成羟基自由基(?OH) ，降解废水中的有机物。当电化学氧化与膜技术结合时，电化学过程不仅处理废水中的有机物，还可以通过膜技术去除废水中的悬浮物、重金属离子等。膜技术能够截留和分离废水中的固体颗粒和污染物，从而提高处理效率和水质。

优势：将电化学氧化与膜技术结合，能够同步处理有机物和去除其他污染物，提高整体处理效率。电化学氧化可以快速生成羟基自由基，处理有机污染物，而膜技术则在处理过程中去除悬浮物和重金属离子，加快了处理速度。此外，膜技术还可以提高废水的再利用价值，减少资源浪费，实现资源的回收和再利用。

在实际应用中，高级氧化组合技术已被广泛应用于工业废水、市政污水等多种类型污水的处理中。例如，在处理化工厂废水时，可以采用“铁碳微电解+芬顿氧化法”作为预处理工艺，提高废水的可生化性并降解一部分有机物；再结合后续的厌氧反应器、好氧生物处理等技术，实现对有机物的进一步降解和去除。最终出水经过混凝沉淀后，可达到排放标准。

四、结论

高级氧化组合技术以其独特的优势和广泛的应用前景，在污水处理领域展现出了巨大的潜力。通过不断优化技术组合和工艺参数，可以进一步提高污水处理效率和质量，降低处理成本和环境风险。未来，随着技术的不断发展和创新，高级氧化组合技术有望在污水处理领域发挥更加重要的作用。