摘要：本研究聚焦高级氧化工艺在化工废水深度处理中的应用，有效应对难降解有机污染物，旨在为不同类型的化工废水定制解决方案提供合理选择和组合AOPs的建议，推动污水处理技术向更安全、高效、环保的方向发展。

　　关键词：高级氧化工艺；化工废水；深度处理；安全生产；优化

　　0引言

　　高级氧化工艺（Advanced Oxidation Processes，AOPs）作为一种高效、广谱的废水深度处理技术，因其能够产生高活性的自由基，从而氧化分解大多数有机污染物，而备受关注。近年来，我国高度重视工业废水处理工作，出台了一系列相关政策文件以指导和规范废水处理技术的发展与应用。例如，《中华人民共和国水污染防治法》明确规定了工业废水的排放、处理和回用要求，强调了企业应采取有效措施收集和处理产生的全部废水，防止污染环境。同时，随着《工业水效提升行动计划》等政策的发布，国家进一步推进了工业废水循环利用和深度处理技术的发展，旨在提高水资源利用效率，减少污染物排放[1]。在化工废水深度处理领域，高级氧化工艺展现出了显著的技术优势。另根据《国*院安委会办公室、生态环境部、应急管理部关于进一步加强环保设备设施安全生产工作的通知》（安委办明电〔2022〕17号）要求，环保设备设施的安全也不容忽视。然而，高级氧化工艺在化工废水深度处理中的应用也面临着一些挑战。因此，深入研究高级氧化工艺在化工废水深度处理中的应用与优化，对于推动工业废水处理技术的升级和创新具有重要意义。

　　1臭氧氧化在化工废水深度处理中的应用

　　臭氧氧化技术在化工废水处理中扮演着重要角色，尤其在深度处理阶段。作为一种强效的氧化剂，臭氧可以通过直接氧化和间接氧化两种方式去除有机污染物。直接氧化涉及臭氧分子与特定不饱和官能团的选择性反应，而间接氧化则是通过产生羟基自由基来无选择性地降解有机物质，后者通常提供更高的去除效率。

　　该技术已被广泛应用，并证明了其在提升化工废水中化学需氧量（COD）去除率方面的有效性。研究案例显示，利用催化剂增强臭氧氧化过程能够显著提高处理效果，例如MnO2负载Al2O3催化剂的应用使得某煤化工企业废水的COD去除率达到了53.07%[2]。

　　此外，在特定条件下，如pH值为11及臭氧质量浓度为50 mg/L时，COD的去除率可以超过65%。臭氧氧化还经常与其他处理方法结合使用，以作为预处理或后处理步骤，从而优化整体处理流程。

　　影响臭氧氧化性能的因素众多，包括pH值、温度、臭氧投加量、接触时间和共存物质等[3]。为了达到最佳处理效果，需要对这些参数进行精确控制和优化。对于成分复杂的废水，结合高级氧化工艺或其他物理化学处理方法可进一步提高处理效率，实现环境与经济效益的最大化。该工艺需重点考虑臭氧制取使用过程中的泄漏浓度监测、事故通风等安全措施。

　　2 Fenton氧化在化工废水深度处理中的应用

　　Fenton试剂由亚铁盐与过氧化氢构成，其核心反应是在酸性环境中（pH值约为3），Fe2+离子催化H2O2分解生成具有高度氧化性的羟基自由基(·OH）。这些羟基自由基拥有2.73 V的高氧化电位，几乎仅次于氟气，赋予了Fenton法对持久性和难降解有机物无选择性的强氧化能力。研究表明[4]，这种机制能够有效破坏有机污染物的分子结构，实现高效降解。

　　Fenton氧化技术因其快速启动、温和条件、简单设备以及低能耗等特性，在处理含有氰化物、酚类化合物、染料等难降解有机物的化工废水中得到了广泛应用。该方法不仅能够显著降低COD，还能提高废水的可生化性，为后续生物处理创造有利条件。根据多项研究结果[5]，Fenton法对于焦化废水、农药废水和制药废水的COD去除率可以达到80%至99%，展示了其在经济和环境效益上的优越性。

　　为了扩展Fenton反应的应用范围并提升其效率，研究人员开发了一系列类Fenton体系，即通过引入替代催化剂或辅助剂来增强或改变传统Fenton反应活性的方法[6]。例如，采用其他过渡金属离子、非均相催化剂、光催化、超声波以及微波辐射等方式，均能有效提高反应性能。此外，添加草酸盐、柠檬酸盐等螯合剂可以稳定Fe2+，防止其沉淀，维持较高的反应活性。该工艺使用到过氧化氢为强氧化剂且属易制爆物品，需要考虑安全管理、禁忌物存放等过程的安全。

　　3湿式氧化在化工废水深度处理中的应用

　　3.1湿式氧化的基本原理和分类

　　湿式氧化是一种先进的废水处理方法，它在高温高压环境下利用氧气作为氧化剂，将废水中的有机污染物及还原性无机物转化为二氧化碳和水。由于整个过程在液相中进行且不涉及火焰燃烧，因此被称为湿式氧化。根据是否使用催化剂，湿式氧化可以分为两类：空气湿式氧化和催化湿式氧化[7]。空气湿式氧化不依赖催化剂，需要相对较高的温度（＞200℃)和压力条件来驱动反应；而催化湿式氧化通过添加催化剂降低了反应所需的温度和压力，并显著提高了反应速率。

　　3.2湿式氧化在化工废水处理中的应用实例与效果比较

　　湿式氧化技术因其高效性和环保特性，在处理高浓度、难降解的有机废水方面表现尤为突出。该技术被广泛应用于农药废水、染料废水、制药废水等多种工业废水中。研究表明，在合成氨工序中采用湿式氧化法处理含有高氨氮的废水时，通过调整反应条件如温度、压力以及氧化剂用量，COD去除率可高达81.6%[8]。催化湿式氧化法同样展示了其优越性，例如在石化碱洗废水和糖精生产废水的处理过程中，COD去除率超过了90%，显示出该技术不仅能够有效降低污染物浓度，还提升了废水的生物降解性能，为后续处理提供了便利。

　　3.3湿式氧化的优化条件、影响因素及安全注意事项

　　为了确保湿式氧化的最佳性能，必须仔细调控一系列关键参数，包括但不限于反应温度、压力、空气量（或氧气分压）以及催化剂的选择。通常情况下，反应温度范围设定在100～370℃之间，压力则维持在1～28 MPa左右[9]。温度是决定氧化效率的关键因素之一，随着温度升高，去除率也会加快，但最低温度不应低于180℃以保证反应的有效性。此外，气相氧分压对氧化速度有直接的影响，二者之间存在约0.3~1.0次方的关系。对于催化湿式氧化而言，选择合适的催化剂尤为重要，它可以大幅度降低反应所需条件，从而减少设备投资和运行成本。液氧储存过程中需要重点考虑与周边设施的防火距离，防低温冻伤、静电接地和气体泄漏报警等安全设施。

　　4超临界水氧化

　　4.1超临界水的特性和超临界水氧化原理

　　超临界水是指当温度和压力分别超过374℃和22.1 MPa时，水所处的一种特殊物理状态。在此状态下，水展现出既非液态也非气态的独特特性，其密度、黏度、扩散系数等性质发生显著变化。超临界水具有极低的介电常数，这使得有机物和气体在其内高度可溶；同时，它还拥有类似气体的高扩散性和反应性，从而大大加快了化学反应速率[10]。超临界水氧化正是利用这些独特性质，在高温高压条件下提供足够的活化能，使废水中的有机污染物与氧气迅速反应，几乎完全转化为二氧化碳、水、氮气和无机盐等稳定产物，实现了高效且快速的废水净化。

　　4.2超临界水氧化在化工废水处理中的应用前景和挑战

　　尽管超临界水氧化技术展示了其在化工废水处理中的巨大潜力，但该技术的应用同样面临诸多挑战。首先，由于反应条件苛刻，要求耐高温、高压及耐腐蚀的材料来制造反应器，这无疑增加了设备成本。其次，盐分沉淀问题可能导致系统压降增加和堵塞，影响设备运行效率。然而，随着材料科学和工程技术的进步，这些问题正逐步得到解决。例如，新型耐腐蚀合金的发展为构建更耐用的反应器提供了可能，而先进的预处理技术则有助于减轻盐分沉淀带来的负面影响。

　　4.3超临界水氧化的工艺优化、安全注意事项和成本控制

　　为了提高超临界水氧化技术的效率和经济性，研究人员正在探索多种优化方法。催化剂的应用是其中一个关键方向，通过引入适当的催化剂，可以有效缩短反应时间、提高反应速率，并减少所需的反应时间和能耗。此外，合理设计反应器以适应不同废水成分和处理需求也是当前研究的重点。例如，采用连续流动式反应器能够更好地控制反应条件，确保高效的氧化过程。同时，为保障操作安全，反应器需要配备完善的安全设施，如安全阀、爆破片、温度和压力监测报警和联锁装置等。

　　5结语

　　展望未来，随着材料科学、催化技术和反应工程学的发展，工艺技术选取要充分考虑安全因素，AOPs有望在化工废水处理领域发挥更大的作用。持续的技术创新将推动AOPs向更加安全、高效、经济和环保的方向发展，实现安全生产、废水资源化利用和环境友好型社会建设的目标。为化工行业的可持续发展提供了强有力的支持，也为全球水资源保护和生态平衡贡献了重要的力量。

参考文献

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　　[3]押玉荣，陈晓轩，杜亚威，等.微气泡臭氧氧化处理酸性大红3R废水的影响因素[J].河北科技大学学报，2017，38（4）：403-410.

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　　[9]杨磊.湿式氧化法处理市政污泥的研究[D].山西：太原科技大学，2022.

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