化学法处理水污染方法综述

化学法处理水污染方法综述1142032090邱方舟摘要：本文简介了水污染的多种化学处理方法的特点和研究状况，并对光化学处理法进行了较详细的介绍。关键词：水污染处理光化学法前言：水是人类生产生活中不可或缺的重要组成部分。近年来，随着工业发展和人口的迅速增长，水资源污染问题日益突出，寻求一种高效廉价的污染处理方法已成为诸多科学工作者努力的目标。目前的处理方法主要分为物理、化学和生物三种类型，光化学方法由于其在处理水污染方面的独特优势而成为处理水污染的重要方法。一、光化学氧化法光化学氧化法近年来日益受到重视，特别在有机污染物光化学氧化方面，研究者们已经进行了大量的研究工作。和过去的湿法氧化法相比，光化学氧化法有着反应条件温和以及工艺流程简单的重大优势。同生物法相比，光化学氧化法范围广，适用于生物法难以处理的有毒有机污染物的处理[1]。光氧化处理技术根据光化学方法作用方式的不同可分为光氧化、紫外-氧化剂光氧化、photo2fenton、光电催化氧化反应等[2]。1、光氧化光氧化，即光解[3]，指有机分子吸收光能发生断键生成相应的自由基或离子，它包括光敏化氧化、光激发氧化、光催化氧化。（1）光敏化氧化污水中敏化剂经过光照进入激发态，同溶解氧反应，产生强氧化性的超氧负离子O2−，氧化激发态的有机污染物。敏化剂充当催化剂的角色，可反复利用且所需浓度很低。该方法在太阳能利用方面前景广阔，可作为生物法的有效补充[4]。（2）光激发氧化将O3、H2O2、O2等氧化剂与光化学辐射相结合，可产生氧化能力极强的自由基如·OH等，在氧化有机物的过程中起主要作用。当然，并不排除有机物的直接光解和UV光等对有机物的活化作用。光激发氧化[5有机物的能力与反应速率远远优于单独使用UV光或O3(或H2O2)。对三氯甲烷、四氯化碳、六氯苯、多氯联苯等不与O3反应的难降解有机物，应用UV-O3技术可被迅速氧化。2、紫外-氧化剂光氧化UV-氧化剂光氧化法是废水处理技术中的另一种方法，与其它光催化相比，由于不存在固体催化剂的回收、固定以及催化剂的污染及活化问题，因而是一种十分简单有效的废水处理技术，日益受到环境科学工作者的重视。根据氧化剂的不同，该方法有着不同的体系。（1）H2O2+UV体系H2O2是一种温和的氧化剂，在通常条件下，直接使用H2O2很难氧化分解有机污染物。UV-H2O2具有很强的氧化性。在紫外光激发态下，H2O2光解形成·OH自由基。·OH自由基的氧化还原电位为2.80，高于H2(1.78)、O3(1.77)、ClO2(1.5)，是一种很强的氧化剂。能使有机物完全降解，直至完全矿化。（2）O3+UV体系臭氧是一种很强的氧化剂，直接利用臭氧可以氧化分解有机物。但试验结果表明，仅仅用臭氧难以达到预期的效果。有人采用UV-O3法等对自来水中苯、甲苯、乙苯处理1h后浓度降到检测限以下[6]，三氯甲烷、四氯化碳经2h处理后，去除率达90%以上。自来水中169种有机物经2小时处理后去除率达65%以上[7]。UV-O3虽然对饮用水和废水处理效果好，但是建设投资大，运行费用高，因而限制了它的应用。3、Photo-Fenton反应Fenton试剂是1894年由法国科学家Fen2ton在一项科学研究中发现的:在酸性水溶液中，当亚铁离子和过氧化氢共存条件下，可以有效地将酒石酸氧化[8]。这项研究发现为人们分析还原性有机物和选择性氧化有机物提供了一种新的方法。后人为纪念这位伟大的科学家，将Fe2+/H2O2命名为Fenton试剂，使用这种试剂的反应称为Fenton反应。Fenton氧化法具有较好地处理水中难降解有机物的效果。但是由于体系中有大量的亚铁离子存在，过氧化氢的利用效率不高，使有机污染物降解不完全。因此，一些改进了的Fenton氧化方法应运而生。现在污水处理方法一般都采用photo-fenton反应。4、光电催化（1）光电催化的机理光电催化的主要机理[9]是在导电玻璃上涂上半导体氧化物制成光透电极，用该电极作为工作电极(正极)和铂电极、甘汞电极构成一个三电极电池。在近紫外光照射电极的情况下，外加很低的直流电压，这样就可以将光激发产生的电子通过外电路驱赶到反向电极上，阻止了电子和空穴的复合。由于光电催化无需电子捕获剂，所以溶解氧和无机电解质不影响催化效率。载有催化剂的光透电极稳定、牢固且反应装置简单。（2）TiO2光催化TiO2光催化因其能彻底矿化或至少破坏有机污染物等原因而受到广泛研究[10]。外加电场的光电催化降解有机污染物的方法，由于它可促进光生载流子的分离，从而可提高催化氧化降解效率，因而越来越受到关注。二、湿式催化氧化法湿式催化氧化法是在高温、高压条件下通人空气，使废水中的有机污染物直接氧化降解，配合使用催化剂可降低反应温度和压力，缩短反停留时间。按使用的催化剂在体系中的存在形式，可将湿式催化氧化法分为均相湿式催化法和多相湿式催化氧化法[11]。当前所使用的均相催化剂多是可溶性的过渡金属盐类。村上幸夫等人发现铜盐对醇、酸、胺、表面活性剂具有良好的催化作用。张秋波以Cu（NO3）2为催化剂湿式氧处理煤气废水，在合适的处理时间内，酚、氰、硫的去除率接近100%，COD去除率达65%-90%，对多环芳烃也有明显的去除作用。由于均相催化剂是在分子或离子水平起催化作用，因而催化活性高、氧化效率高。当配合使用H2O2和O3等氧化剂时，可进一步提高反应中自由基的产生速率，加快有机污染物氧化分解。S.H.Lin等利用H2O2作氧化剂，湿式氧化处理含酚废水，在150℃、0.5MPa停留30min，除去率达到90%以上。但是均相催化氧化法，由于催化剂以离子形成存在于废水中，难于回收利用，会在处理中带人金属污染物。多相湿式催化氧化法使用的催化剂为不溶性的固体催化剂，它们是过渡金属元素Cu、Fe、Mn、Cr、Ni、Ti等的氧化物或复合氧化物。多相湿式催化氧化由于固体催化剂寿命长，活化再生回收容易，处理工艺可以连续操作，因此受到人们的重视。中科院杜鸿章等处理高浓度焦化废水，在280℃、8.0MPa条件下采用TiO2担载Ru作催化剂，其CODer去除率为99.5%，寻求高效、低成本的催化剂是目前湿式催化氧化法推广应用要解决的重要课题。三、超临界水氧化法超临界水氧化法实质上是湿式氧化法的强化与改进。它是利用水在超临界状态（Tc374℃，Pc22.05MPa）下，介电常数减少至近似于有机物与气体，从而使气体、有机物完全溶于废水中，气液相界面消失，形成均相氧化体系，消除了在温式氧化过程中存在的相间传质阻力，提高了反应速率。Gloyna的研究表明，在500℃和345×105Pa下，5min内可除去废水中超过99，9%的CODer，超临界水氧化法由于其反应迅速，氧化程度彻底而越来越受人们的关注，如何通过催化剂来降低反应的温度和压力，提高反应转化率已成为本领域的研究热点。四、超声声化学法学法是80年代后期新发展起来的一种有机污染物高效处理技术，其原理是利用超声波辐照溶液产生高温（5000K）的气泡及强氧化性物质，使几乎任何有机物在此高温条件下被完全降解.Petrier[12]研究了4-氯酚、五氯酚盐、苯、酚等的超声声化学降解的规律，发现这些污染物都能被矿化为CO2、H2O等无机质，Mason[13]等也在这方面做了不少工作。该法除去有毒难降解的有机污染物具有高效、成本低的特点，但目前仍处在基础性研究阶段。五、焚烧法焚烧法是处理难降解有毒有机污染物最简单的方法，这种方法是将有机污染物与重油在燃烧炉中混合燃烧，对于浓度低的有机废水要先蒸发浓缩，因此治理费用高，且危险性大，会造成严重的二次污染[14]。参考文献：[1]李太友，有毒有机污染物的化学处理技术研究进展，江汉大学学报，17(6)，29-34。[2]林辉，徐保明，光化学方法治理水污染的研究进展，四川化工与腐蚀控制，2002，5,28-31。[3]魏宏斌,氧化法去除水中有机污染物的研究与应用，环境保护,1995,9,5—7。[4]魏宏斌,李田,严煦世，水中有机污染物的光催化氧化，环境科学进展.，1994(03)。[5]邢启华,日益重要的光氧化技术，化学教学,2000,2,29—31。[6]吕锡武,光化学氧化饮用水中有机优先污染物，中国环境科学,1992,12,1,71—74。[7]李太友,有毒有机污染物的化学处理技术研究进展.江汉大学学报,2000,2,29—34[8]C.Walling，K.Amarnath，J，OxidationofmandelicacidbyFentonreagent，Am.Chem.Soc.，1982,104,1085—1089.[9]]符小荣等,TiO2/Pt/glass纳米薄膜的制备及对可溶性染料的光电催化降解，应用化学,1997,14,4,77—79。[10]罗芳，柳闽生,光电化学的特性及研究进展，江西教育学院学报,2000,3,32—33。[11]朱朝海,侯轶，难降解毒性有机污染物废水高级氧化技术，环境保护,1998,11,29-31。[12]PetrierC,Characteristicofpantachlorophenatedegradationinaqueous,Environ.Sci.Technol,1992,26,1639-1642.[13]MasonJJ,Sonochenistry:Atechnologyfortomorrow,Chem,andIndu,1993(2),47-52.[14]MajorMA,IncinerationofexplosivecontaminatedsoilasmeansofsiteremediationReport1992,ISA/BRDL-TR-9214,1993,93(8),22.