一、概述
高级氧化技术（Advanced Oxidation Processes，简称AOPs）是20世纪80年代开始形成的一种处理有毒污染物的技术。它主要通过反应产生羟基自由基（·OH），该自由基具有极强的氧化性，能够将有机污染物有效地分解，甚至彻底转化为无害的无机物，如二氧化碳和水等。由于AOPs具有氧化性强、操作条件易于掌控等优点，因此引起了世界各国的重视，并得到了广泛的研究和应用。
高级氧化组合工艺（Advanced Oxidation Processes Combination，简称AOPCs）是一种将两种或多种高级氧化技术结合使用的废水处理方法。这种组合工艺能够充分利用各种高级氧化技术的优势，弥补单一技术的不足，从而实现对废水中难降解有机物的高效去除。
二、高级氧化组合工艺的优势
1、增强氧化能力
不同的高级氧化技术具备独特的氧化机理，通过将多种技术组合使用，可以显著提升废水处理的整体氧化能力。例如，臭氧氧化法和紫外光催化法的结合可以互补其优势，臭氧在紫外光照射下分解生成的氧原子与羟基自由基可以相互作用，极大地增强氧化反应的效率。这种增强效应不仅提高了对多种有机污染物的降解能力，还能有效处理一些单一技术难以处理的复杂污染物，从而实现更全面的水质净化。
2、扩大适用范围
单一的高级氧化技术在处理某些废水时可能存在局限性，例如对特定污染物的去除效率有限或对操作条件有严格要求。通过将不同的氧化技术组合，可以有效扩展其适用范围，适应更复杂的废水处理需求。组合工艺能够处理更广泛的污染物类型，并对不同浓度和成分的废水提供更加灵活和高效的处理方案，从而提高系统的适应性和处理效果。
3、提高处理效率
组合工艺通过整合不同技术的优势，能够显著提升废水处理的效率。这种综合利用技术的优势可以有效缩短处理时间，提高处理效果。例如，通过增强催化剂的活性和改善反应条件，组合工艺可以加速污染物的降解速率，从而提升整体处理效率。优化后的组合方式能够更迅速地达到废水处理目标，提升处理过程的效率和效果。
4、降低处理成本
合理的高级氧化技术组合可以在多个方面降低处理成本。首先，通过优化工艺组合，可以减少药剂和化学品的用量，从而降低原料成本。其次，组合工艺通常可以在温和的操作条件下完成反应，减少能耗并降低能源成本。此外，良好的工艺组合可以提高设备的使用寿命，减少维护和更换成本。综合考虑这些因素，组合工艺能够在实现高效处理的同时显著降低整体处理成本，提高经济性。
5、稳定性好
高级氧化组合工艺中的多种技术可以相互补充和协同作用，从而提高系统的稳定性和可靠性。单一技术在处理复杂废水时可能面临不确定性和风险，例如催化剂的失活或氧化剂的消耗不均。通过结合多种技术，可以平衡和优化各个处理环节，减少单一技术带来的不稳定因素。组合工艺能够提供更加稳定和可靠的处理效果，适应各种复杂废水处理需求，确保系统在长时间运行中的稳定性和可靠性。
三、常见的高级氧化组合工艺
1. 臭氧+紫外光催化
原理：臭氧（O₃）在紫外光（UV）照射下会发生光解反应，分解为氧气（O₂）和单原子氧（O）。这些单原子氧具有很强的氧化能力，能够与水分子（H₂O）反应生成羟基自由基（•OH）。羟基自由基是一种非常强的氧化剂，能够有效降解许多有机污染物，如染料、药物残留等。此外，紫外光还能激发光催化剂（如二氧化钛TiO₂），使其释放更多的羟基自由基。这种双重机制不仅提升了反应的整体效率，还拓宽了处理范围，使得对复杂废水中的多种污染物能够实现高效处理。
优势：这种组合工艺处理效率非常高，因羟基自由基具有极强的氧化性，能够迅速分解废水中的有机污染物。相比传统的处理方法，如化学沉淀或生物处理，这种方法的反应速度较快，可以显著缩短处理时间。此外，紫外光催化和臭氧的联合使用减少了废水处理过程中产生的副产物，从而降低了二次污染的风险，提升了处理过程的环保性和安全性。
2.臭氧+电化学氧化
原理：电化学氧化是一种通过电极反应生成羟基自由基（•OH）的处理技术。在这一过程中，臭氧（O₃）在电极表面被还原为羟基自由基，直接参与废水中的有机物降解。电化学过程中的电极反应不仅能生成强氧化剂，还能够处理一些难降解的污染物，甚至包括某些重金属离子。电化学反应的另一个优点是能够实时调节电极反应条件，从而优化处理效果。
优势：该技术的处理效率高，臭氧与电化学氧化的协同作用显著提高了对有机物和重金属的去除率。由于通常在常温常压下进行，操作条件相对温和，相比于传统的热氧化或高压氧化处理，其能耗和操作成本较低。此外，设备设计相对紧凑，占地面积较小，这使得这种技术在城市污水处理设施中具有良好的适用性和经济性。
3. Fenton+紫外光
原理：Fenton试剂是一种由过氧化氢（H₂O₂）和二价铁离子（Fe²⁺）组成的氧化剂。在酸性条件下，这些试剂能够生成羟基自由基（•OH），这种自由基具有强大的氧化能力，能有效降解废水中的各种有机污染物。紫外光的照射可以进一步激发Fenton试剂，使其生成更多的羟基自由基，从而增强反应的氧化能力。这种结合不仅提高了处理效率，还扩展了对不同类型有机污染物的处理能力。
优势：Fenton+紫外光的系统能够提供强大的氧化能力，使得对有机污染物的去除效果非常好。尤其对于高浓度的有机废水，该方法能够快速高效地去除污染物。由于反应迅速，废水的处理效率显著提高。同时，Fenton试剂的使用可以使处理过程在较短的时间内完成，从而提高了处理系统的整体经济性和操作效率。
4. 类Fenton体系
原理：类Fenton体系是对传统Fenton试剂的一种改进，通过引入其他金属离子（如铜离子Cu²⁺、钴离子Co²⁺等）或结合光、电等技术来增强氧化效果。引入的金属离子可以改变反应的催化特性，提高羟基自由基的生成效率。此外，结合其他技术（如光照或电场）可以进一步提高反应的速率和效果。这些改进措施使得类Fenton体系在处理复杂废水中的应用更加广泛和高效。
优势：类Fenton体系通过改进金属离子的使用或结合其他辅助技术，显著增强了反应的氧化效果。这种方法具有较高的灵活性，可以根据不同的污染物性质选择合适的金属离子和技术组合，优化处理效果。相较于传统的Fenton反应，这种体系可以处理更复杂的废水和更高浓度的污染物，提升了整体的处理效率和系统的适应性。
5. 光催化+膜分离
原理：光催化技术通过光催化剂（如TiO₂）在光照下生成羟基自由基（•OH），这些自由基能够降解废水中的有机污染物。膜分离技术则用于截留和回收光催化剂，并去除废水中的悬浮物。结合这两种技术，不仅提高了催化剂的回收利用率，还能改善处理后的出水水质。膜分离技术能够有效去除废水中的固体杂质和悬浮物，从而提升出水的清洁度和处理效果。
优势：光催化+膜分离的组合提高了催化剂的回收利用率，减少了催化剂的消耗，降低了运行成本。同时，膜分离技术能够去除废水中的悬浮物和其他固体杂质，显著提高了出水的质量。由于催化剂的回收和废水的净化同步进行，整体处理过程的效率和稳定性得到提升，适用于高浓度污染物的处理。
6. 光催化+超声波
原理：光催化技术利用催化剂在光照下生成羟基自由基（•OH），这些自由基能够降解废水中的有机物。超声波技术通过空化作用产生局部的高温高压环境，从而提高催化剂与有机物的接触和反应效率。超声波的空化效应可以促进催化剂的分散，改善光催化反应的条件，增强处理效果。
优势：光催化+超声波的组合提高了催化剂与有机物的接触，增强了光催化反应的速率。超声波技术的空化效应能够改善反应条件，提升有机物的降解能力，从而提高整体处理效果。该组合技术不仅能够加速废水处理过程，还能有效处理难降解的有机污染物，具有较高的处理效率和应用潜力。
7. 湿式氧化与催化氧化结合（CWAO）
原理：湿式空气催化氧化（CWAO）将传统湿式氧化工艺与催化剂结合，使得氧化反应能够在较低的温度和压力条件下进行。催化剂的引入可以显著提高氧化反应的速率和效果，并减少反应所需的能量。CWAO技术通过催化剂促进湿式氧化反应，实现对废水中有机物的高效去除。
优势：CWAO技术通过使用催化剂，降低了反应所需的温度和压力，从而减少了能源消耗。温和的反应条件还能够减少设备的腐蚀，延长设备的使用寿命。此外，相对较低的操作温度和压力降低了运行成本，使得该技术在工业废水处理中的经济性更高，适用于各种废水处理应用。
8. 电化学氧化与其他技术结合
原理：电化学氧化技术通过电极反应生成羟基自由基（•OH），降解废水中的有机物。当电化学氧化与膜技术结合时，电化学过程不仅处理废水中的有机物，还可以通过膜技术去除废水中的悬浮物、重金属离子等。膜技术能够截留和分离废水中的固体颗粒和污染物，从而提高处理效率和水质。
优势：将电化学氧化与膜技术结合，能够同步处理有机物和去除其他污染物，提高整体处理效率。电化学氧化可以快速生成羟基自由基，处理有机污染物，而膜技术则在处理过程中去除悬浮物和重金属离子，加快了处理速度。此外，膜技术还可以提高废水的再利用价值，减少资源浪费，实现资源的回收和再利用。
四、如何选择高级氧化组合工艺
在选择高级氧化组合工艺时，需要考虑多个因素，包括废水特性、处理要求、经济条件、技术可行性以及环境影响等。
1、废水特性
有机物种类与浓度：不同种类和浓度的有机物对氧化技术的要求不同。例如，高浓度难降解有机物可能需要更强的氧化能力，如臭氧催化氧化或Fenton试剂法。
水质参数：如pH值、温度、悬浮物含量等。某些高级氧化技术（如Fenton试剂法）对pH值有严格要求，需要在酸性条件下进行。而臭氧催化氧化则对pH值的适应性更强。
2、处理要求
出水水质标准：根据排放标准或再利用要求，确定出水水质中各项指标的限值。选择能够满足这些限值的氧化组合工艺。
处理效率与稳定性：考虑技术的处理效率和长期运行的稳定性。某些技术可能在短期内表现出色，但长期运行成本较高或效果不稳定。
3、经济条件
投资成本：不同高级氧化组合工艺的设备投资、建设成本及运行费用差异较大。需要根据预算情况选择合理的工艺方案。
运行费用：包括能耗、药剂消耗、维护费用等。选择运行费用相对较低且易于管理的工艺方案。
4、技术可行性
技术成熟度：选择经过实践验证、技术成熟可靠的组合工艺。避免采用尚未经过充分验证的新技术或过于复杂的工艺方案。
设备选型与配置：根据处理规模、水质特点等因素，合理选型和配置设备。确保设备能够满足处理要求并具有良好的耐用性和可靠性。
5、环境影响
二次污染：评估组合工艺在运行过程中可能产生的二次污染问题。选择能够减少或避免二次污染的技术方案。
6、具体应用
针对难降解有机物：若废水中含有大量难降解有机物，可考虑采用臭氧催化氧化与紫外光催化、电化学氧化等组合工艺。这些技术具有较强的氧化能力，能够有效分解难降解有机物。
针对高浓度废水：对于高浓度废水处理，可采用Fenton试剂法或类Fenton体系与其他技术相结合的组合工艺。通过调整反应条件和控制药剂投加量，实现有机物的高效去除。
五、总结
高级氧化组合工艺是一种具有广阔应用前景的废水处理技术。它充分利用了各种高级氧化技术的优势，通过组合使用实现了对废水中难降解有机物的高效去除。随着新型催化剂、高效反应器的不断研发和应用，高级氧化组合工艺将在废水处理领域发挥更加重要的作用。