乐中环保：污水处理中光化学氧化技术的原理及应用方法

今天我们来分享一下在污水处理中，光化学氧化技术的原理以及具有哪些应用方法。

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一、什么是光化学氧化技术？什么是光化学催化氧化技术？

光化学氧化反应就是指在光作用下，采用臭氧或过氧化氢等氧化剂将废水中有机物氧化分解成水、二氧化碳及其他离子NO5、PO4-、卤素离子等。

光化学反应是在光的作用下进行的反应，其活化能来源于光子。反应中分子吸收光能，被激发到高能态，然后和电子激发态分子进行化学反应。在自然环境中有一部分来自太阳的近紫外光（波长为290～400nm），它们极易被有机物吸收，在有活化物质存在时就会发生强烈的光化学反应使有机物降解（许多有机材料制品在阳光照射下容易损坏的根本原因就在于此）。天然水体中存在大量的活性物质如氧气等，水中的还原性有机物质在光照的作用下可以被降解和实现水体的自净，也是复杂的光化学反应在起作用。

有机物光降解分为直接光降解和间接光降解，前者是有机物分子吸收光能呈激发态与周围环境中的物质进行反应，后者是周围环境存在的某些物质吸收光能呈激发态，再诱导有机物的降解反应。可见，直接光降解和间接光降解是天然水体中存在的某些生物难降解的有机污染物分解的原因。

直接光降解和间接光降解都是可以自动进行的，而间接光降解比直接光降解更容易实现人工控制。光化学氧化技术其实就是间接光降解的人工化。光化学氧化多采用臭氧和过氧化氢作为氧化剂，在紫外光的照射下使废水中的有机污染物氧化分解。为使反应加快，光化学氧化反应中也开发使用了一些催化剂，光化学氧化因此变成了光化学催化氧化。

二、光化学氧化技术的原理是什么？

光化学氧化技术其实就是间接光降解的人工化。光化学氧化反应的原理是利用200～280nm的紫外光UV-C，使氧化剂分子受激产生激发态分子，变成引发热反应的中间产物。臭氧和过氧化氢溶于水中后，在紫外光的照射下，产生羟基自由基·OH。羟基自由基·OH的氧化还原电位是2.80V，比其他常用的一些强氧化剂要高得多，比如臭氧、过氧化氢、高锰酸根和二氧化氯的氧化还原电位分别是2.07V、1.77V、1.52V和1.50V，由此可以看出，羟基自由基·OH是一种极强的氧化剂。

光化学氧化反应通过产生羟基自由基·OH来对废水中的有机污染物进行彻底的降解。羟基自由基·OH首先与有机化合物HRH发生脱氢反应，生成有机自由基·RH。然后·RH迅速与溶解氧发生反应，形成有氧化有机自由基及过氧化有机自由基。

光化学氧化技术与湿式空气氧化或超临界水氧化等普通的热力学反应机理上不同。热力学反应的活化能来源于分子碰撞，因此温度对反应速度的影响很大，一般温度升高10℃，反应速度增加2～4倍，而光化学反应的活化能主要来源于光能，因此温度对反应速度的影响较小，温度升高10℃，反应速度一般增加不到

三、光化学氧化技术在废水处理中的应用有哪些？

据报道，脉冲紫外连续光谱灯可处理石油烃类化合物、饱和及不饱和卤化烃、农药、氰化物、TNT等多种复杂有机物。紫外／H2O2系统能有效地氧化难处理的有机物，如二氯乙烯、四氯乙烯、三氯甲烷、四氯化碳、甲基异丁基酮、TNT等。此外，实验室已成功证明了紫外／H2O2系统使脂肪酸降解形成小分子的酸、烷烃和CO2，使2,4-二硝基甲苯通过支链氧化被降解为1,3-二硝基苯，再通过异基化反应生成硝基苯的羟基衍生物，进一步断链反应继续氧化，最终转化成CO2、H2O和硝酸。紫外／H2O2系统不仅可用于去除蒸馏水和自来水中天然存在的有机物，用于处理重度污染的工业废水更能发挥其特色，比如处理制革废水、造纸废水、炼油废水和印染纺织废水等。

紫外／臭氧系统是目前应用最多的氧化工艺。臭氧能氧化水中许多有机物，但其与有机物的反应是有选择性的，而且氧化后的产物往往是羧酸类有机物，而不是将有机物彻底分解为CO2和H2O。要提高臭氧的氧化速率和效率，实现彻底的矿化处理，就必须采取措施促进臭氧分解产生性质活泼的·OH自由基。紫外／臭氧系统的氧化反应使水中的臭氧在紫外光的辐射下分解产生·OH自由基，1mol臭氧可生成2mol的·OH自由基。紫外／臭氧系统作为一种高级氧化水处理技术，不仅能对有毒的、难降解的有机物及细菌、病毒进行有效的氧化和分解，而且可用于造纸业漂白废水的褪色。

四、光化学催化氧化的方法有哪些？

光化学催化氧化一般分为均相和非均相两种类型。均相光催化氧化反应主要是指紫外／Fenton试剂法，即在废水中投加Fe2＋或Fe3＋及H2O2后，利用亚铁离子作为H2O2的催化剂，生成氢氧自由基，可氧化大部分的有机物，均相反应除了能利用紫外光以外，还能直接利用可见光。

非均相光催化氧化反应是在废水中投加一定量的TiO2、ZnO光敏半导体材料，同时加以一定能量的光辐射，使光敏半导体在光的照射下激发产生电子-空穴堆，吸附在半导体上的溶解氧、水分子等与电子-空穴对作用，产生·OH等氧化性极强的自由基，再通过与废水中有机污染物之间的羟基加合、取代、电子转移等，使有机物全部或接近全部矿化。