含酚废水处理UV O3 PS耦合技术

含酚废水是煤化工、制药、焦化等行业排放的高毒性难降解废水，其酚类物质（如苯酚、氯酚等）具有强生物毒性，可引发中枢神经抑制甚至致癌，被多国列为优先控制污染物。传统生物法因微生物易受毒性抑制而效率低下，而高级氧化技术（AOPs）因其高效性和环境友好性成为研究热点。其中，UV/O₃/PS（紫外/臭氧/过硫酸盐）耦合技术通过协同产生多种自由基，显著提升酚类污染物的降解与矿化效率，成为当前含酚废水处理的前沿方向。

一、UV/O₃/PS技术的反应机理

1. 自由基协同作用

• 臭氧活化：UV照射下，O₃分解产生羟基自由基（·OH，氧化电位2.8V），同时生成H₂O₂和·O₂⁻，进一步转化为·OH，形成链式反应。

• 过硫酸盐活化：UV激发PS（Na₂S₂O₈）断裂-O-O-键，生成硫酸根自由基（·SO₄⁻，氧化电位2.5~3.1V）和·OH。·SO₄⁻半衰期更长且pH适用范围更广，可弥补·OH在酸性条件下的不足。

• 协同效应：UV/O₃/PS体系中，O₃与PS的联合活化使自由基产量倍增，实验表明其协同因子可达1.87~3.83，显著高于单一工艺。

2. 直接与间接降解路径

• 直接光解：UV直接破坏酚类分子的共轭结构（如苯环）。

• 间接氧化：·OH和·SO₄⁻通过电子转移、氢抽取等反应将酚类逐步降解为短链羧酸，最终矿化为CO₂和H₂O。

二、技术优势与效能分析

1. 高效性与广谱性

• 针对25 mg/L苯酚模拟废水，UV/O₃/PS体系在15分钟内去除率达98.78%，矿化率66.33%，远超UV/O₃（87.04%）和UV/PS（89.19%）。

• 对氯酚、三氯苯酚等衍生物同样有效，且适用于高盐（50 g/L NaCl）等极端条件。

2. 操作参数优化

• O₃投加量：50 mg/L时降解效率最佳，过量O₃会消耗·OH（O₃ + ·OH → ·HO₂ + O₂）。

• PS浓度：1 mmol/L为经济阈值，投加4 mmol/L时去除率仅提升2%，但可能引发硝基副产物。

• pH适应性：中性至碱性（pH 7~9）条件下效率最高，酸性环境中·SO₄⁻主导反应，碱性中·OH更活跃。

3. 抗干扰能力

• 碳酸氢根（HCO₃⁻）是主要抑制剂（与·OH反应生成CO₃⁻），但UV/O₃/PS体系在500 mg/L HCO₃⁻下仍保持46%去除率，抗干扰性强于单一工艺。

三、挑战与未来发展方向

1. 技术瓶颈

• 运行成本：臭氧发生与UV光源能耗较高，需优化光源设计（如LED紫外灯）和催化剂（如TiO₂负载）以降低能耗。

• 副产物控制：高浓度PS可能生成硝基化合物，需结合生物后续处理。

2. 集成化应用

• 工艺耦合：与厌氧生物法联用，前端UV/O₃/PS降解毒性，后端微生物处理小分子有机物。

• 资源回收：参考铜基催化剂/PS体系将酚类聚合为高附加值聚苯醚，实现“以废治废”。

结论

UV/O₃/PS耦合技术通过多自由基协同作用，为含酚废水提供了高效、绿色的解决方案。未来需聚焦低成本催化剂开发、智能化参数调控及工艺集成，以推动其在工业废水处理中的规模化应用。随着高级氧化理论的深入与材料科学的进步，该技术有望成为难降解有机废水处理的核心手段之一。