污水处理关键知识：深度解析高级氧化技术全面指南

大家好,今天小编来为大家解答以下的问题，关于污水处理关键知识：深度解析高级氧化技术全面指南，这个很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

2、高级氧化法及其作用机理是通过不同途径产生·OH自由基的过程。 · OH自由基一旦形成，会引发一系列自由基链式反应，攻击水中的各种有机污染物，直至降解为二氧化碳、水和其他矿物盐。可以说，高级氧化技术的标志是·OH自由基的产生。

3、高级氧化技术有哪些特点？

反应过程中产生大量羟基自由基·OH；

响应速度快；

适用范围广，OH可氧化几乎所有有机物直至矿化，不造成二次污染；

可诱发连锁反应；

可作为生物处理过程中的预处理方法，提高难生物降解有机物的可生物降解性，从而有利于生物方法进一步降解；

操作简单，易于控制和管理。

4.·OH自由基的优点

选择性小，反应速度快；

氧化能力强；

加工效率高；

完全氧化。

5、高级氧化技术有哪些类别？

化学氧化法：臭氧氧化/芬顿氧化/高铁氧化

电化学氧化法

湿式氧化法：湿式空气氧化法/湿式空气催化氧化法

超临界水氧化法

光催化氧化法

超声波氧化法

过硫酸盐氧化法

6、自由基与污染物反应的四种主要方式是：提氢反应、加成反应、电子转移和（氧化分解）。

自由基反应的三个阶段：链引发、链转移和链终止

自由基反应是非选择性且快速的。

7、产生羟基自由基的途径：Fe2+/H2O2、UV/H2O2、H2O2/O3、UV/O3、UV/H2O2/O3、光催化氧化（TiO2光催化氧化反应机理：产生空穴和电子对），降解率有机物从快到慢分别是UV-Fenton、Fenton、O3/US、O3、O3/UV、UV/H2O2、UV。

8.芬顿试剂：亚铁离子（Fe2+）和过氧化氢（H2O2）的组合。

芬顿反应：芬顿反应以亚铁离子为催化剂，催化过氧化氢（H2O2）产生羟基自由基（·OH），氧化有机物。羟基自由基具有很强的氧化能力，可以与大多数芳香族有机物发生反应，同时将亚铁离子氧化成铁离子（Fe3+）。（铁离子具有混凝作用，还可以去除一些有机物。）铁离子与过氧化氢反应，被还原为亚铁离子（Fe2+）。

反应机理：H2O2与Fe2+反应分解生成羟基自由基（·OH）和氢氧根离子（OH-），引发连锁反应生成更多的其他自由基，然后利用这些自由基攻击有机物分子，从而摧毁他们。有机分子被矿化，直至转化为CO2和H2O等无机物（芬顿试剂主要用于废水处理中去除COD、色度和泡沫）。

9、影响Fenton试剂氧化能力的因素：

催化剂种类及用量方法：Fe2+（Fe3+、铁粉、铁屑）、Fe2+/TiO2/Cu2+/Mn2+/Ag+、活性炭等均具有一定的催化能力，其中最常用的是FeS04·7H20。

双氧水的浓度及投加方法，分批均匀投加。

反应温度（芬顿试剂的反应速率随温度升高而增加，但当温度高于40~50时，会加速分解成O2和H2O，所以大多控制在20~40发生））。

溶液的pH值，pH 2-4是Fenton反应的最佳范围。

反应时间。

由于芬顿法处理废水时间长、试剂用量大，且过量的Fe2+会增加处理后废水中的COD，产生二次污染。近年来，人们将紫外光、可见光等引入Fenton体系，研究用其他过渡金属代替Fe2+。这些方法可以显着提高Fenton试剂对有机物的氧化降解能力，并且可以减少Fenton试剂的用量，降低处理成本。它们统称为类芬顿反应。

11、增强芬顿反应活性的方法：

添加草酸盐和柠檬酸；

与其他处理方法联合使用，如生物法、混凝法等；

添加络合剂，如EDTA等；

Mn2+、Co3+。（混凝沉淀法、活性炭法、生物法、UV）

芬顿试剂在废水处理中的应用：染料废水的处理；氯酚废水处理；垃圾填埋场渗滤液的处理；制药废水处理。

12.氧化电位

13、臭氧氧化的定义：臭氧具有极强的氧化性。臭氧分子中的氧原子具有强亲电性或质子性。臭氧分解会产生新的生态氧原子，并在水中形成具有强氧化作用的羟基。自由基·OH氧化分解水中的污染物。

14.臭氧与有机物的反应途径（或机理）

直接反应：污染物+O3产物或中间体（选择性、缓慢）；

间接反应：污染物+HO·产物或中间体（无选择性，HO·（E0=2.8V）电势高，反应能力强，速度快，可引发链式反应，将多种有机物彻底降解）

15、影响臭氧氧化性能的因素：臭氧混合气体进气量、搅拌速度

溶液pH值、有机物浓度、溶液温度、催化剂及用量方法

16、加强臭氧氧化的措施和方法：

改变臭氧混合气的进气量，就是改变单位时间的臭氧投加量。在有机负荷一定的条件下，改变反应过程中臭氧与有机物的用量比。当有机物浓度恒定、连续引入臭氧化混合气体的半连续、半间歇操作中，随着单位时间引入臭氧量的增加，有机物的氧化反应速率相应增加。

超声波强化臭氧氧化技术。

金属催化臭氧化技术：在臭氧水处理系统中添加一定量的Fe2+、Mn2+、Co2+、Ni2+或Co2+硫酸盐。

臭氧与O3-活性污泥、O3-活性炭吸附、O3-絮凝-膜处理、O3-絮凝-O3、O3-气浮（吹提）、O3-生物活性炭、O3 - 膜处理。

对臭氧处理装置本身的几项改进：

(1)O3/U V高级氧化技术

(2)O3/H2O2高级氧化技术

(4)臭氧/活性炭协同降解有机物处理技术

(5)超声波强化臭氧氧化技术

17、臭氧在水处理中的应用—— 饮用水处理/废水处理/去除染料及印染废水中的色度和难降解有机物/含金属离子废水处理/循环冷却水处理。

在饮用水处理中，臭氧主要应用于三个方面：1）臭氧预处理，在常规水净化工艺之前增加臭氧工艺； 2）臭氧-生物活性炭处理，将O3与颗粒活性炭相结合，在常规净水工艺后，对水进行深度处理，去除各种有机物、色、臭、味等； 3）臭氧消毒替代氯用于水消毒

18、与化学药剂处理法相比，臭氧法具有以下特点：

能有效控制有机微生物，使循环水中的COD、AOX含量被抑制到很低的水平，从而获得优良的水质；系统可高浓度倍数运行，实现污水零排放，节水，比化学法节省1/2-2/3；系统不会结垢，同时系统中原有形成的水垢也能有效去除；臭氧对系统有良好的缓蚀作用；适应pH值范围广；运营成本明显低于化学品。

19、硫酸根的定义：硫酸根（SO4-·）

它是一种具有高氧化还原电位（E0=2.5v-3.1v）的自由基，因此硫酸盐自由基被认为在理想条件下能够氧化大多数有机物质。硫酸根通常是通过分解过硫酸氢钾或过硫酸盐产生的。

20、硫酸根的活化和生成：加热活化法；过渡金属离子活化法；紫外线活化法； Fe3O活化法；活性炭活化法；纳米Fe3O4活化方法；氢氧化亚铁溶胶活化；（单过硫酸盐可在光、热、催化等激发下，使双氧键断裂，产生硫酸根（SO4-•）。其活化原理如下：

SO52-+热/紫外线/其他SO4-•+【O】)

21、硫酸根与有机物作用的一般方式：夺氢、电子转移、加成、（氧化）

22、湿式氧化法：在高温（150-350）、高压（5-20MPa）下，以氧气或空气为氧化剂，氧化水中溶解或悬浮的有机物或还原性无机物，生成二氧化碳和水。小分子物质技术。

23、催化湿式氧化技术：在传统的湿式氧化处理系统中添加催化剂，降低了反应的活化能，从而降低了反应温度和压力，且不降低处理效果。以氧气或空气为氧化剂，氧化水中的溶解态。从悬浮有机物或还原无机物中生成二氧化碳、水等小分子物质的技术。

24、典型湿式氧化工艺流程图：

25、光催化的定义：概括地说，就是光催化剂在光作用下的催化作用。在光的照射下，半导体材料将光能转化为化学能，促进有机物的分解。这个过程称为光催化。

光触媒：在光的照射下本身不发生变化，但能促进化学反应的物质。它利用光能转化为化学反应所需的能量，产生催化作用，将周围的氧和水分子激发成具有极大氧化力的自由基或负离子。

光触媒在光照条件下（可以是不同波长的光）发挥催化作用的化学反应统称为光催化反应。

光催化一般是多相态之间的催化反应。

26、为什么要求TiO2光催化对很多有机物质有很强的吸附作用？

答：TiO2光催化分解水中污染物的过程中，表面生成的OH基团起决定性作用，因此参与反应的物质主要吸附在表面。有机物在催化剂表面的氧化需要经过扩散、吸附、表面反应、解吸等步骤。

27、光催化技术的技术特点：

低温、深度反应；

绿色能源；

强氧化性；

寿命长；

广谱。

光触媒（光催化）的作用：

抗菌性能；

空气净化；

除臭；

防霉防藻；

防污、自洁。

28.TiO2光催化材料特性：

合适的半导体带隙；

具有良好的耐光腐蚀性和化学稳定性；

光催化活性高（紫外光吸收性能强；禁带与导带之间的能隙大，光生电子的还原性强，空穴的氧化性强）；

对多种有机污染物有较强的吸附作用。

29、TiO2光催化剂的改进：（促进·OH的生成，提高电子空穴对分离效率是提高光催化氧化反应速率和效率的重要途径）。

TiO2表面贵金属沉积；

金属离子掺杂。金属离子掺杂将金属离子引入TiO2的晶格缺陷位置。金属离子是电子的良好受体，可以捕获电子。由于金属离子之间对电子的竞争，光生电子和TiO2中的电子都被减少。空穴复合概率产生更多·OH，提高光催化效率；

添加氧化剂，在体系中添加氧化剂，使催化剂表面的电子被氧化剂捕获，可以有效抑制电子和空穴的复合，提高光催化效率；常用的氧化剂有O3、O2、H2O2、Fe3+等；

复合光触媒；

添加光敏剂。光敏剂的作用是将光活性化合物以化学或物理方式吸附到光催化剂表面，从而扩大激发波长范围，提高光催化反应的效率。

30.TiO2在实际应用中的缺陷：

光生载流子容易复合，导致光子量子效率很低。

带隙能量较宽，只能被波长较短的紫外线激发。这些紫外线占太阳光线的4%~5%，太阳能利用率较低。

32、在水处理中使用硫酸根的优点：

具有极强的氧化性；

较易溶于水溶液，有利于生成的硫酸根快速与水中有机物接触，产生氧化。具有良好的混溶性，使分解率更高；

性质稳定，易于保存；

适应pH范围广（pH=2-10），增加了可处理废水范围。无论酸性或碱性废水，对硫酸根的反应活性影响很小；

不挥发、不产生气体，不会因挥发而引起浓缩减少硫酸根的产生；

在水溶液中存在时间较长。一般存活时间可以达到4秒左右的半衰期。持续时间越长，就可以为降解更多的有机污染物赢得时间。

33、例：TiO2在紫外光作用下可降解活性染料X3B。实验发现，当溶液中添加少量Fe3+时，X3B的降解率大大提高。尝试解释原因。

答：Fe3+比分子氧具有更强的捕获光生电子的能力。 Fe3+通过快速转移光生电子来抑制载流子的复合并增加空穴浓度。因此，X3B的降解速度大大加快。

34.什么是高级氧化技术？环境光催化技术有什么共同点？

答：高级氧化技术是指以羟基自由基为主要氧化物种的氧化过程。常用的高级氧化技术包括TiO2光催化、杂多酸光催化、光芬顿反应、Fe3+光解和酞菁光敏化等。这些光催化技术的共同点是产生具有强氧化能力的活性氧，例如空穴（h+）、羟基自由基（•OH）、单线态氧（O21）和超氧自由基（O2•-）。在这些活性物种的作用下，有机污染物不断发生氧化降解直至完全矿化。

35.光芬顿反应降解有机污染物的原理是什么？

芬顿反应原理：

Fe2+离子可促进H2O2分解，产生羟基自由基，自身被氧化为Fe3+。 Fe3+也可以被H2O2还原，实现自身循环，H2O2被氧化成超氧自由基。羟基自由基和超氧自由基具有很强的氧化能力，可降解、矿化水中的有机污染物。

在光的作用下，芬顿反应的速率大大加快。因此，涉及光的芬顿反应也称为光芬顿反应。

36.贵金属表面沉积对TiO2的光活性有什么影响？

答：贵金属通过改变电子分布来改变半导体的特性。当两种材料接触时，电子会不断地从TiO2 迁移到沉积的金属。贵金属负载可以将电子和空穴分别局域于贵金属和半导体上。抑制复合，光催化活性高。

37. 半导体TiO2被光激发后，电子和空穴的命运如何？

答案： (a) 受光激发，电子空穴对分离； (b)空穴扩散到催化剂表面并氧化有机物； (c) 电子扩散到催化剂表面并还原分子氧； (d) 电子-空穴表面复合； (e) 电子和空穴的体复合

38、简述TiO2溶液中染料在可见光照射下自敏化降解的原理

答：在可见光照射下，TiO2通常不能被激发，但染料分子可以被激发。 (1)激发的分子可以将电子注入二氧化钛的导带中。电子被吸附在TiO2 表面的分子氧捕获，并在超氧阴离子自由基中幸存下来。 (2)超氧阴离子自由基可以氧化染料阳离子，使其发生氧化降解。超氧阴离子自由基还可逐渐转化为羟基自由基，从而氧化染料分子并导致降解。

39. TiO2中掺杂非金属（如氮）有何意义？它的原理是？掺杂TiO2有什么缺点？

答：非金属掺杂在TiO2禁带中部引入掺杂能级，有效缩小TiO2的禁带宽度，将TiO2的激发波长从紫外区扩展到可见光区，提高催化活性可见光。

缺点：

催化剂稳定性下降；

空穴的氧化能力减弱；

催化剂的紫外光催化活性可能会被牺牲。

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