化工廢水；高級氧化技術(shù)；紫外高級氧化；羥基自由基；工藝對比；廢水處理

化工廢水成分復雜、毒性強、難降解，傳統(tǒng)處理工藝難以滿足日益嚴格的環(huán)保要求。

高級氧化技術(shù)（AOPs）通過產(chǎn)生強氧化性的羥基自由基（·OH），為處理這類廢水提供了有效途徑。其中，紫外高級氧化技術(shù)（UV-AOPs）憑借其反應條件溫和、氧化效率高、操作靈活等特點，在化工廢水處理領(lǐng)域展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。本文系統(tǒng)分析了化工廢水的水質(zhì)特性，深入探討了紫外高級氧化技術(shù)的作用機理與核心優(yōu)勢，并通過與芬頓氧化、臭氧氧化等其他高級氧化工藝的對比，闡明其在處理高濃度、難降解化工廢水方面的獨特價值，最后結(jié)合工程案例驗證其應用效果，為化工廢水處理技術(shù)選擇提供參考。

化工行業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，但在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量廢水已成為環(huán)境保護的重大挑戰(zhàn)。化工廢水具有污染物種類多、濃度高、毒性強、可生化性差等典型特征，含有苯系物、酚類、多環(huán)芳烴、雜環(huán)化合物等難降解有機污染物，以及重金屬離子等。若未經(jīng)有效處理直接排放，將嚴重污染水體生態(tài)環(huán)境，威脅人類健康。

1. 引言

化工行業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，但在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量廢水已成為環(huán)境保護的重大挑戰(zhàn)。化工廢水具有污染物種類多、濃度高、毒性強、可生化性差等典型特征，含有苯系物、酚類、多環(huán)芳烴、雜環(huán)化合物等難降解有機污染物，以及重金屬離子等。若未經(jīng)有效處理直接排放，將嚴重污染水體生態(tài)環(huán)境，威脅人類健康。

傳統(tǒng)的物理化學法（如混凝、吸附）和生物處理法難以對這類廢水實現(xiàn)有效降解。物理化學法僅能實現(xiàn)污染物的轉(zhuǎn)移或濃縮，易產(chǎn)生二次污染；生物處理法對高毒性、難降解廢水耐受性差，處理效率低。高級氧化技術(shù)（AOPs）通過在體系中產(chǎn)生大量羥基自由基（·OH），利用其強氧化性（氧化電位2.8V）無選擇性地降解有機污染物，最終將其礦化為CO?和H?O，成為處理難降解化工廢水的關(guān)鍵技術(shù)。其中，紫外高級氧化技術(shù)（UV-AOPs）通過紫外光激發(fā)氧化劑產(chǎn)生·OH，具有反應速度快、氧化效率高、操作簡便等優(yōu)勢，在化工廢水處理中得到廣泛關(guān)注與應用。

2. 化工廢水的水質(zhì)特性與處理難點

化工廢水的水質(zhì)因行業(yè)、產(chǎn)品、工藝不同而存在差異，但普遍具有以下核心特性：

2.1 污染物成分復雜

廢水中不僅含有目標產(chǎn)物、原料、中間體，還包括副產(chǎn)物、催化劑、溶劑等，涉及數(shù)百種有機化合物，如石油化工廢水中的烷烴、烯烴、芳香烴，精細化工廢水中的染料、農(nóng)藥、醫(yī)藥中間體等。

2.2 污染物濃度高

COD（化學需氧量）通常在數(shù)千至數(shù)萬mg/L，部分高濃度有機廢水COD甚至超過10萬mg/L，遠超常規(guī)處理工藝的承受范圍。

2.3 毒性強、抑制性高

廢水中的酚類、氰化物、重金屬等物質(zhì)對微生物具有強毒性，即使低濃度也會抑制微生物活性，導致生物處理系統(tǒng)崩潰。

2.4 可生化性差

BOD?/COD比值通常小于0.3，部分甚至低于0.1，難以通過傳統(tǒng)生物處理法實現(xiàn)有效降解。

2.5 水質(zhì)波動大

由于生產(chǎn)批次、原料更換等因素，廢水的pH值、COD、溫度等參數(shù)波動劇烈，增加了處理系統(tǒng)的運行難度。

3. 紫外高級氧化技術(shù)的作用機理與核心優(yōu)勢

3.1 作用機理

紫外高級氧化技術(shù)通過紫外光（UV）與氧化劑（如H?O?、O?、TiO?等）的協(xié)同作用，激發(fā)產(chǎn)生大量羥基自由基（·OH），其核心反應過程如下：

- UV/H?O?體系：H?O?在紫外光照射下發(fā)生均裂，生成2個·OH（H?O? + UV → 2·OH）；

- UV/O?體系：臭氧在紫外光作用下分解為氧氣和原子氧（O? + UV → O? + O），原子氧與水反應生成·OH（O + H?O → 2·OH）；

- UV/TiO?體系：TiO?受紫外光激發(fā)產(chǎn)生電子-空穴對（e?-h?），空穴與水反應生成·OH（h? + H?O → ·OH + H?）。

羥基自由基（·OH）具有極強的氧化能力，可無選擇性地攻擊有機污染物的C-C、C-H、C-O等化學鍵，將大分子有機物分解為小分子（如醇、醛、酸），最終礦化為CO?和H?O，同時氧化重金屬離子使其沉淀去除。

3.2 核心優(yōu)勢

1. 氧化能力強，降解徹底：·OH氧化電位高，可降解傳統(tǒng)方法難以處理的難降解有機物，如多環(huán)芳烴、雜環(huán)化合物等，且無二次污染；

2. 反應條件溫和：無需高溫高壓，在常溫常壓下即可進行，設(shè)備要求低，操作簡便；

3. 選擇性低，適應性廣：對不同類型的化工廢水均有良好處理效果，不受污染物種類、濃度波動的影響；

4. 可提升廢水可生化性：將難降解有機物轉(zhuǎn)化為易生化小分子，提高BOD?/COD比值，為后續(xù)生化處理創(chuàng)造條件；

5. 操作靈活，易于控制：通過調(diào)節(jié)紫外光強度、氧化劑投加量等參數(shù)，可精準控制反應進程，適應不同水質(zhì)需求。

4. 紫外高級氧化技術(shù)與其他高級氧化工藝的對比分析

目前，常用于化工廢水處理的高級氧化工藝還包括芬頓氧化、臭氧氧化等，本文從反應條件、處理效率、運行成本等方面對三者進行對比，突出紫外高級氧化技術(shù)的優(yōu)勢。

4.1 工藝原理對比

- 芬頓氧化：通過Fe2?催化H?O?產(chǎn)生·OH（Fe2? + H?O? → Fe3? + ·OH + OH?），反應需在酸性條件（pH 2-4）下進行；

- 臭氧氧化：利用臭氧的強氧化性直接降解污染物，或通過與水反應生成·OH間接氧化；

- 紫外高級氧化：通過紫外光激發(fā)氧化劑產(chǎn)生·OH，反應條件溫和，適用pH范圍廣（pH 3-11）。

4.2 優(yōu)勢對比總結(jié)

- 相比芬頓氧化：紫外高級氧化無需調(diào)節(jié)pH，避免了酸堿藥劑的大量投加和后續(xù)中和處理；無Fe3?污泥產(chǎn)生，減少了二次污染和處理成本；反應不受Fe2?濃度限制，·OH產(chǎn)量更穩(wěn)定。

- 相比臭氧氧化：紫外高級氧化通過光激發(fā)顯著提高了·OH的生成效率，COD去除率更高；適用pH范圍更廣，對復雜化工廢水的適應性更強；運行成本更低（紫外光能耗低于臭氧制備能耗）。

5. 工程應用案例

某精細化工企業(yè)主要生產(chǎn)染料中間體，產(chǎn)生的廢水COD為8000-12000 mg/L，BOD?/COD=0.15，含有苯系物、硝基化合物等難降解污染物，采用"紫外高級氧化（UV/H?O?）+ 厭氧-好氧生化"組合工藝處理，具體流程如下：

1. 調(diào)節(jié)池：調(diào)節(jié)廢水水量、水質(zhì)，確保進水穩(wěn)定；

2. 紫外高級氧化反應池：采用模塊化反應器；

3. 厭氧池：降解部分小分子有機物，進一步提高可生化性；

4. 好氧池：通過活性污泥降解有機污染物；

5. 沉淀池：固液分離，出水達標排放。

處理效果：紫外高級氧化預處理后，廢水COD降至 2000-3000 mg/L，BOD?/COD提升至 0.45；最終出水COD ≤ 50 mg/L，苯系物、硝基化合物去除率均 > 99%，達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）一級A標準。

化工廢水的復雜性和難降解性對處理技術(shù)提出了嚴峻挑戰(zhàn)，高級氧化技術(shù)是解決這一問題的有效手段。紫外高級氧化技術(shù)通過紫外光與氧化劑的協(xié)同作用產(chǎn)生大量羥基自由基，具有氧化能力強、反應條件溫和、適應性廣、無二次污染等核心優(yōu)勢。與芬頓氧化、臭氧氧化等工藝相比，其在處理效率、運行成本、操作靈活性等方面表現(xiàn)更優(yōu)，能夠有效破解化工廢水處理難題。工程案例表明，紫外高級氧化技術(shù)作為預處理單元可顯著提升廢水可生化性，結(jié)合后續(xù)生化處理可實現(xiàn)廢水達標排放，具有良好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。未來，通過技術(shù)創(chuàng)新和工藝優(yōu)化，紫外高級氧化技術(shù)有望成為化工廢水處理的主流技術(shù)之一，為推動化工行業(yè)污染治理水平提升做出重要貢獻。