淺談環境工程中光催化

劉立林

【摘 要】近年來，光催化一臭氧聯用技術在有機廢水治理方面顯示了廣闊的應用前景，已成為高級氧化技術方向的研究熱點。本文研究了光催化一臭氧聯用技術降解有機物的特性。實驗結果表明，光催化一臭氧聯用技術對有機物的降解效率大大高于單一光催化和單一臭氧的降解效率，具有一定的協同效應。有機物種類對光催化一臭氧聯用技術的協同效應有一定影響，與臭氧反應速率較低的有機物協同效應較顯著。

【關鍵詞】環境工程；光催化-臭氧聯用技術；有機物

光催化降解技術始于1972年，是近三十年發展起來的污水處理新方法。自70年代末開始，利用光催化降解處理各類污染物廢水的研究已有大量的報導。光催化降解技術可以有效地降解多種有機污染物，并將有機物全部礦化為CO2、H2O或毒性較小的有機物，能徹底破壞有機物，達到無害處理的要求。此節總結了光催化降解技術的發展和研究現狀，在分析討論的基礎上，探討了光催化氧化技術的發展趨勢，認為光催化降解法是一種很有應用前景的水處理方法。

一、芳香化合物的光催化——臭氧聯用降解

芳香化合物廣泛存在于化工、染料、農藥和制藥等工業部門排放的廢水中，具有排放量大、難生物降解、有毒性或“三致”作用等特點，常規的處理方法很難獲得滿意的效果。近幾年來，光催化一臭氧聯用技術作為新發展起來的新型高級氧化技術，以其適應范圍廣，氧化處理迅速徹底，處理效率高以及操作簡便易于實現自動化等優點而被廣泛應用于有機廢水，尤其是對生物有較大毒性或難生化降解芳香化合物的治理。

（一）苯胺的光催化——臭氧聯用降解

苯胺是一種重要的化工原料，廣泛應用于國防、印染、塑料、油漆、農藥和醫藥工業等，同時也是嚴重污染環境和危害人體健康的有害物質，是一種“三致”物質。由于苯胺對生態生物的毒性，已經被列入“中國環境優先污染物黑名單”中，在工業排水中要求嚴格控制。目前，國內每年生產苯胺80000t以上，其下游產品有150余種，全世界每年排入環境中的苯胺約為30000t。隨著化工工業的發展，苯胺的需求呈明顯上升趨勢，由此進入環境的量也會越來越多，對環境的毒害也會越來越大。如何減少苯胺對環境的污染，己經逐漸引起了人們的關注。本文采用光催化一臭氧聯用技術對其進行降解，并進行條件優化。

（二）石肖基苯的光催化——臭氧聯用降解

制藥、染料等工業生產過程所排放的廢水中，含有硝基苯，它是一種劇毒化學品，屬于我國確定的52種優先控制的有毒化學品的一種，具有致癌、致突變或生殖毒性，且難以生物降解，它進入水體會引起水質感官性狀態長期嚴重惡化，給地面水自凈過程造成困難，危害人們健康，因此國家對其排放有嚴格的標準。目前國內一般采用化學氧化法處理硝基苯廢水，使用的氧化劑有次氯酸鈉、氯氣、過氧化氫、臭氧等，有的還采用催化濕式氧化法進行處理。采用上述氧化方法，不是因為投資成本過高，就是因為處理成本較大，給硝基苯廢水的工業化應用帶來實際困難。

（三）芳香化合物結構對光催化一臭氧聯用技術降解性能的影響

國外研究者大多以一種芳香化合物為研究對象，如苯胺、氯代苯乙醛，重在研究降解條件的優化，較少探討多種典型芳香化合物在同一條件下的降解。通過此研究能揭示有機物結構與其降解活性之間關系的規律，從而有效地預測有機物光催化一臭氧聯用降解的可行性，因而對于光催化一臭氧聯用技術在環境工程中的應用具有十分現實的意義。本文重點對苯酚、苯胺、氯苯、苯甲酸、硝基苯及苯胺衍生物幾種典型的難生化降解芳香化合物進行降解研究，探討其降解規律和機理，并揭示光催化一臭氧聯用技術的降解性能與有機物結構之間的關系。

二、染料及染料中間體的光催化——臭氧聯用降解

我國是染料的主要生產國，染料產品達14類近500個品種。年產各類染料達17.5一18萬噸，約占世界產品的1/5。由于生產布局分散，點多面廣，技術設備和操作管理水平比較落后，致使染料生產中資源消耗量和“三廢”排放量都很大。據調查，全國染料行業用水量為3.87億噸/年，廢水排放量為1.57億噸/年，萬元產值廢水排放量為4730噸。對生產廢水除少數大的染料廠一采用了較為有效的多級處理外，大部分企業只對廢水進行一級處理，有的廠家甚至未經任何處理就直接排放。全國染料工業治理率為2.5%，其中治理達標率為42%。

三、梭酸的光催化——臭氧聯用降解

梭酸是有機化合物中很重要的一類酸性化合物，它們廣泛存在于自然界中。梭酸及其衍生物與工農業生產有密切關系，有許多重要的途徑。許多梭酸在有機合成上很重要，可用于合成聚合物。在一元梭酸中，甲酸被用作消毒劑（滅菌劑）、防腐劑、酸性還原劑和橡膠凝聚劑，合成甲酸酷和纖維素酷，也用于印染和皮革工業。乙酸在有機加工中是重要的溶劑，因為不易被氧化，常用作氧化反應溶劑。它是染料工業和

香料工業不可缺少的原料。乙酸還用來合成纖維素乙酸酷、乙酸乙烯酷、乙醉、乙烯酮、氯乙酸等等。在梭酸的制造和使用過程中，部分梭酸最終以溶劑或副產品的形式進入廢水中。例如，己內酞胺廠廢水、石油化工廢水、制藥廠廢水等都含有可觀量的梭酸。一般的含酸廢水可以生物法處理，但有些高濃度有機酸性廢水屬有毒有害難降解廢水，難以用一般的生物法或化學法處理，如H酸廢水。對此類廢水可用光催化一臭氧聯用降解技術處理。研究梭酸光催化一臭氧聯用降解的另一個理由是為了更好的理解有機物的光催化一臭氧聯用降解。因為各種有機物在光催化一臭氧聯用降解過程中，一般都要經歷形成低分子量梭酸的中間階段[1]。只有這些中間產物被徹底氧化，才能完成COD的去除。一般來說，低分子量梭酸特別是乙酸是相當難以氧化的，因此在光催化一臭氧聯用降解過程中會出現低分子量梭酸的積累。而且梭酸的進一步氧化會成為限制總氧化速率的一個關鍵步驟[2]。

四、含胺類有機物的光催化一臭氧聯用降解

含胺類有機物，廣泛存在于工業廢水中，而且很多都是有毒物質，有些還是致癌物質，對人、畜和農作物都有危害。其中，苯胺屬高毒性物質，與血紅蛋白結合成高鐵血紅蛋白，使之與氧結合能力下降導致動物中毒，長期與該類物質接觸還可引起肝癌或膀膚癌。乙醇胺類是生產表面活性劑、醫藥、農藥、聚氨酷助劑、空氣凈化劑、橡膠加工助劑、紡織助劑、化妝品、化學武器、防凍液助劑產品重要的基礎原料?；前奉愃幬锓N類繁多，生產過程副產物復雜，造成磺胺廢水水量大，成分復雜，含大量抑菌性有機物，具有高鹽分、高有機濃度、高含硫量、高氨氮、高pH值的特征，應用傳統活性污泥法處理時，稀釋需水量大且出水水質很難達標。而且，含胺類有機物會使廢水中氨氮含量增加，導致水體富營養化。因此從工業廢水中除去含胺類物質越來越受到人們的關注。因此本文采用光催化一臭氧聯用技術對一些含胺類有機物進行降解[3]。

五、結論

綜上可知，光催化一臭氧聯用技術對實際工業廢水有較理想的降解效果。而且該技術對實際廢水的降解也存在協同效應，同時具有連續運行穩定性。從經濟能耗角度考慮，該工藝適合對低濃度廢水進行后處理，或對中等濃度廢水進行預處理提高可生化性，為后續生化處理創造條件，而不適宜處理高濃度有機廢水。通過上述結論可以看出光催化一臭氧聯用技術是一種很有應用前景的水處理技術。

【參考文獻】

[1]郭怡秦，郭亞丹，王學剛，梁平，李鵬，李效萌.環境治理技術與光催化組合工藝的研究及應用[J].工業水處理，2017，37（12）：5-10.

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[3]張學敏，周北海，袁蓉芳，關歡歡.金屬摻雜對納米管TiO_2光催化去除水中羅丹明B的影響[J].環境工程，2015，33（S1）：958-963.