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污水處理的氧化處理法,特別是光催化氧化技術,為解決城市污水提供了一種有效的途徑
2023.12.05

氧化處理法是當前被廣泛采用的城市污水預處理方法之一,具有顯著的潛力。其分類主要基于氧化劑的種類和反應器類型,包括化學氧化法、催化氧化法以及光催化氧化法等?;瘜W氧化法雖然操作簡單,但效果不明顯且運行成本高,因此在實際應用中較為有限。為了提高處理效果并降低成本,科研人員不斷尋找新的氧化技術。

光催化法是這些新方法中的一種,其特點在于設備簡單、條件溫和、氧化能力強且處理效果,因而在污水處理領域備受歡迎。

光催化反應是通過光的作用發生的化學反應。在反應過程中,分子吸收特定波長的光波后轉變為分子激發態,從而發生化學反應形成新物質或中間產物,促進熱反應的進行。光化學反應的活化能來自光,而目前對太陽能進行光電轉化和光化學轉化的研究頗受關注。

光催化氧化技術運用光激發氧化劑如O2、H2O2與光輻射相結合。其中所用的光主要是紫外光,包括uv-H2O2、uv-O2等工藝,可用于處理污水中的難降解物質,如CHCl3、CCl4、多氯聯苯等。此外,在具有紫外光的Fenton體系中,紫外光與鐵離子協同作用,加速H2O2的分解產生羥基自由基,從而促進有機物的氧化去除。

光化學反應是只有在光的作用下才能進行的化學反應,其中分子吸收光能后被激發到高能態,然后電子激發態分子進行化學反應。光化學反應的活化能來自光子的能量。在太陽能利用中,光電轉換和光化學轉換一直是光化學研究的活躍領域。早在80年代初,就開始將光化學應用于環境保護,其中光化學降解治理污染備受關注,包括無催化劑和有催化劑的光化學降解。前者多采用臭氧和過氧化氫等作為氧化劑,在紫外光照射下使污染物氧化分解;而后者又稱光催化降解,可分為均相和多相兩種類型。均相光催化降解主要以Fe2+或Fe3+及H2O2為介質,通過光助-芬頓(photo-Fenton)反應使污染物降解。多相光催化降解則是在污染體系中投加一定量的光敏半導體材料,并結合一定能量的光輻射,使光敏半導體在光的照射下激發產生電子空穴對。這些電子和空穴吸附在半導體上的溶解氧、水分子等,與電子-空穴發生作用,產生氧化性強的自由基(如·OH),通過與污染物之間的羥基加合、取代、電子轉移等過程,使污染物全部或接近全部礦化,終生成CO2、H2O及其他離子如NO3-、PO43-、SO42-、Cl-等。與無催化劑的光化學降解相比,光催化降解在環境污染治理中的應用研究更為活躍。

光催化氧化技術的應用范圍涵蓋了許多難降解有機物,如CHCl3、CCl4、多氯聯苯等,這些物質在傳統處理方法中難以有效去除。具體而言,采用uv-H2O2、uv-O2等工藝,通過光的作用,成功激發氧化劑與光輻射相結合,實現對這些難降解物質的處理。此外,在含有紫外光的Fenton體系中,紫外光與鐵離子協同作用,大大加快了H2O2的分解速率,進一步促進有機物的氧化去除。

光催化氧化技術背后的原理是光化學反應,這是一種只有在光的作用下才能進行的化學反應。在這一反應中,分子吸收光能后被激發到高能態,隨后,電子激發態分子進行化學反應。這種反應的活化能來自光子的能量。在太陽能的利用中,光電轉換和光化學轉換一直是備受關注的研究領域。

早在80年代初,光化學就開始應用于環境保護,尤其是在光化學降解治理污染方面取得了顯著進展。光化學降解可分為無催化劑和有催化劑兩種類型。前者通常采用臭氧和過氧化氫等作為氧化劑,在紫外光照射下促使污染物氧化分解。而后者,即光催化降解,主要分為均相和多相兩種類型。均相光催化降解利用Fe2+或Fe3+及H2O2作為介質,在光的作用下實現污染物的降解。多相光催化降解則通過在污染體系中投加一定量的光敏半導體材料,結合光輻射能量,使光敏半導體產生電子空穴對。這些電子和空穴與半導體上的溶解氧、水分子等發生作用,生成氧化性強的自由基(如·OH)。通過與污染物之間的羥基加合、取代、電子轉移等過程,污染物終得以礦化,生成CO2、H2O以及其他離子。在這方面,光催化降解與無催化劑的光化學降解相比,更受到環境污染治理領域的關注和研究。

總體而言,污水處理的氧化處理法,特別是光催化氧化技術,為解決城市污水處理中的難題提供了一種有效的途徑。其技術優勢在于設備簡單、條件溫和、氧化能力強,且能夠處理難降解有機物。然而,不同的氧化方法在實際應用中仍需根據具體情況選擇,以達到的處理效果。未來,隨著科技的不斷進步,對于污水處理技術的研究將繼續推陳出新,為環境保護事業作出更大的貢獻。

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