针对日化废水中难降解有机物(如表面活性剂、香精、色素等)含量高、可生化性差的特点,深度氧化工艺是实现净化和回用的关键。以下是几种典型的深度氧化工艺:
1. 臭氧氧化(O₃)及催化臭氧氧化
原理:利用臭氧(O₃)的强氧化性(氧化电位2.07V)直接氧化有机物,或在催化剂(如MnO₂、Al₂O₃、活性炭)作用下,促进O₃分解产生氧化性更强的羟基自由基(·OH),无选择性地攻击有机物分子。
特点:
脱色除臭效果佳,能有效破坏发色基团和异味物质。
反应后O₃分解为O₂,不产生二次污染或化学污泥。
催化臭氧氧化效率远高于单独臭氧氧化,能显著降低O₃消耗量。
常作为生化处理前的预处理以提高B/C比,或作为生化后的深度处理确保出水达标。
2. Fenton氧化及类Fenton氧化
原理:在酸性条件下(pH 3-4),利用亚铁离子(Fe²⁺)催化过氧化氢(H₂O₂)分解,产生大量·OH自由基,实现有机物的深度氧化。
特点:
氧化能力强、反应速度快,对难降解有机物有去除效果。
工艺相对简单,设备投资较低。
主要缺点是会产生大量含铁氢氧化物的化学污泥,需妥善处置,且需消耗酸碱调节pH,运行成本较高。
类Fenton法通过使用其他催化剂(如铁矿石、零价铁)或引入光、电、超声等能量,可在更宽pH范围或更低药剂消耗下运行。
3. 光催化氧化
原理:在紫外光(UV)照射下,半导体催化剂(常用的是二氧化钛TiO₂)被激发产生电子-空穴对,进而生成·OH和超氧自由基(·O₂⁻),降解吸附在催化剂表面的有机物。
特点:
反应条件温和(常温常压),无二次污染,催化剂理论上可重复使用。
对低浓度、难降解有机物的深度净化效果好。
主要挑战是催化剂易失活、回收困难,UV灯能耗较高,且对高浊度废水穿透性差,通常需在前段处理后使用。
4. 电化学氧化
原理:在电场作用下,污染物在阳表面直接被氧化,或通过阳产生的·OH、H₂O₂等强氧化性物质间接氧化降解。
特点:
无需添加化学药剂,避免了药剂引入的二次污染。
反应易于控制,可通过调节电流、电压实现自动化。
设备紧凑,占地面积小。
局限性在于电材料成本高(如DSA电),长期运行可能发生钝化,且处理高浓度废水时能耗较大。
5. 湿式氧化(Wet Air Oxidation, WAO)及催化湿式氧化(CWAO)
原理:在高温(150-350℃)和高压(5-20MPa)条件下,利用氧气或空气将废水中的有机物直接氧化为CO₂、H₂O和无机物。
特点:
适用于高浓度、高毒性、难生物降解的有机废水,COD去除率高。
可实现污染物的完全矿化。
缺点是反应条件苛刻,对设备材质要求高(耐高温高压腐蚀),投资和运行成本非常昂贵,多用于处理高浓度废液或残渣,较少用于日化废水的主流处理流程。
在日化废水处理中,臭氧氧化(尤其催化臭氧氧化) 和 Fenton氧化 是应用广泛的深度氧化工艺。前者环境友好、无污泥,适合深度净化;后者氧化能力强,成本相对较低,但需处理化学污泥。光催化氧化和电化学氧化作为新兴技术,在特定场景下展现出潜力。选择何种工艺需综合考虑废水水质、处理目标、投资预算和运行成本。