难降解有机废水处理高级氧化理论与技术

第1 章 绪论
1.1 难降解有机废水的概述 1
1.1.1 难降解有机物的概念及种类 1
1.1.2 难降解有机废水的产生及其特征 2
1.1.3 难降解有机废水的危害 2
1.2 难降解有机废水的治理方法 3
1.2.1 分类处理 4
1.2.2 强化常规生物处理 4
1.2.3 加强预（深度）处理 4
1.3 难降解有机废水的预（深度）处理技术 4
1.3.1 物理化学法 4
1.3.2 常规化学氧化法 6
1.3.3 高级氧化法 6
1.4 高级氧化技术的概况 6
1.4.1 高级氧化技术的由来 6
1.4.2 高级氧化技术的特点 6
1.4.3 高级氧化技术的基本理论 8
1.4.4 高级氧化技术的类型 14
1.5 高级氧化技术在难降解有机废水处理中的应用前景与发展趋势 17
参考文献 18

第2 章 芬顿氧化技术
2.1 传统芬顿氧化的机理 21
2.1.1 经典的·OH 形成理论 22
2.1.2 非·OH 形成理论 23
2.2 传统芬顿氧化的特点 24
2.3 传统芬顿氧化的主要影响因素 24
2.3.1 pH 值的影响 25
2.3.2 芬顿试剂投加量及配比的影响 25
2.3.3 H2O2 投加方式的影响 25
2.3.4 反应温度的影响 25
2.3.5 催化剂种类的影响 26
2.3.6 反应时间的影响 26
2.4 类芬顿氧化 26
2.4.1 光-芬顿氧化 26
2.4.2 电-芬顿氧化 28
2.4.3 超声-芬顿氧化 29
2.4.4 微波-芬顿氧化 29
2.4.5 非均相芬顿氧化 30
2.5 芬顿氧化反应的动力学模型 35
2.5.1 Behnajady-Modirshahla-Ghanbery 动力学模型 36
2.5.2 Langmuir-Hinshelwood 动力学模型 36
2.5.3 费米函数动力学模型 37
2.5.4 表面动力学模型 37
2.5.5 自催化非均相动力学模型 38
参考文献 38

第3 章 臭氧氧化技术
3.1 臭氧的性质 42
3.1.1 臭氧的物理性质 42
3.1.2 臭氧的化学性质 43
3.2 臭氧的制取方法 44
3.2.1 化学法 45
3.2.2 UV 照射法 45
3.2.3 电解法 45
3.2.4 介质阻挡放电法 46
3.3 臭氧浓度与反应速率常数的测定 46
3.3.1 臭氧浓度的测定 46
3.3.2 臭氧反应速率常数的测定 49
3.4 臭氧单独氧化 52
3.4.1 臭氧单独氧化的机理 52
3.4.2 臭氧单独氧化反应器及其运行模式 55
3.4.3 臭氧单独氧化的主要影响因素 57
3.5 O3/H2O2 组合氧化 59
3.5.1 O3/H2O2 组合氧化的机理 59
3.5.2 O3/H2O2 组合氧化的主要影响因素 60
3.5.3 O3/H2O2 组合氧化存在的问题及发展方向 60
3.6 催化臭氧氧化 60
3.6.1 均相催化臭氧氧化 60
3.6.2 非均相催化臭氧氧化 61
3.6.3 催化臭氧氧化存在的问题及发展方向 64
参考文献 65

第4 章 光化学氧化技术
4.1 光化学基本理论 69
4.1.1 光化学反应的概念 69
4.1.2 光化学反应的基本定律 70
4.1.3 光辐射的吸收与电子激发态 71
4.1.4 量子产率 71
4.1.5 次级步骤与分子重排 72
4.2 光激发氧化 72
4.2.1 光激发氧化的反应机制 73
4.2.2 光激发氧化的主要影响因素 74
4.2.3 UV/O3、UV/H2O2 和UV/O3/H2O2 三种光激发氧化体系比较 76
4.3 光催化氧化 76
4.3.1 半导体光催化的基本原理 77
4.3.2 光催化氧化的反应过程 78
4.3.3 光催化氧化的反应器 82
4.3.4 光催化剂 93
4.3.5 光催化氧化的主要影响因素 116
4.3.6 光催化氧化的动力学模型 118
4.3.7 光催化氧化存在的问题及发展方向 119
参考文献 120

第5 章 电化学氧化技术
5.1 电化学氧化的基本原理 123
5.1.1 电化学的基本理论 123
5.1.2 电化学氧化的机理 124
5.2 电化学氧化的材料与设备 127
5.2.1 电化学氧化的电极 127
5.2.2 电化学氧化的支持电解质 134
5.2.3 电化学氧化的膜材料 134
5.2.4 电化学氧化的供电电源 135
5.2.5 电化学氧化的反应器 136
5.3 电化学氧化效率的表征 138
5.3.1 转化率 138
5.3.2 电流效率 139
5.3.3 电化学氧化指数 139
5.3.4 电化学需氧量 141
5.3.5 电压效率 141
5.3.6 能量消耗效率 141
5.3.7 时空产率 142
5.4 电化学氧化效率的主要影响因素 142
5.4.1 电极材料的影响 142
5.4.2 电极表面积的影响 142
5.4.3 极板间距的影响 142
5.4.4 外加电压的影响 143
5.4.5 电流密度的影响 143
5.4.6 pH 值的影响 143
5.4.7 氯离子浓度的影响 143
5.4.8 反应器构型的影响 143
5.5 电化学氧化技术存在的问题及发展方向 143
参考文献 144

第6 章 湿式氧化技术
6.1 传统湿式氧化 147
6.1.1 传统湿式氧化的反应机理 147
6.1.2 传统湿式氧化的反应动力学模型 148
6.1.3 传统湿式氧化的主要工艺及设备 149
6.1.4 传统湿式氧化的主要影响因素 153
6.1.5 传统湿式氧化存在的问题及发展方向 156
6.2 催化湿式氧化 156
6.2.1 均相催化湿式氧化 156
6.2.2 非均相催化湿式氧化 158
6.2.3 催化湿式氧化反应的动力学模型 160
6.2.4 催化湿式氧化存在的问题及发展方向 162
6.3 超临界水氧化 163
6.3.1 超临界水的性质及其氧化机制 163
6.3.2 超临界水氧化的反应动力学模型 165
6.3.3 超临界水氧化的工艺流程及主要设备 168
6.3.4 超临界水氧化的主要影响因素 177
6.3.5 超临界水氧化存在的问题及发展方向 178
6.4 催化超临界水氧化 178
6.4.1 催化超临界水氧化概况 178
6.4.2 催化超临界水氧化的反应类型 179
6.4.3 催化超临界水氧化的反应动力学模型 180
6.4.4 催化超临界水氧化的主要影响因素 181
6.4.5 催化超临界水氧化存在的问题及发展方向 182
参考文献 182

第7 章 超声波氧化技术
7.1 超声波氧化技术概况 187
7.1.1 超声波的概述 187
7.1.2 功率超声的产生 188
7.1.3 超声波的作用原理 189
7.1.4 超声空化现象的理论 191
7.2 超声波氧化的机制 192
7.2.1 声致自由基 192
7.2.2 超临界水氧化 193
7.2.3 其他辅助作用 193
7.3 超声波反应器 194
7.3.1 液哨式反应器 194
7.3.2 清洗槽式反应器 194
7.3.3 变幅杆式反应器 195
7.3.4 杯式反应器 195
7.3.5 平行板近场型反应器 195
7.3.6 管式磁声场反应器 196
7.3.7 正交式反应器 197
7.4 超声波氧化的主要影响因素 197
7.4.1 超声频率的影响 197
7.4.2 超声强度的影响 198
7.4.3 温度的影响 198
7.4.4 空化气体的影响 199
7.4.5 溶液性质的影响 199
7.4.6 超声波反应器结构的影响 200
7.5 超声波氧化技术存在的问题及其联用技术与发展方向 200
7.5.1 超声波氧化技术存在的问题 200
7.5.2 超声波氧化技术与其他技术联用 201
7.5.3 超声波与其他技术联用的发展方向 203
参考文献 203

第8 章 放电低温等离子体氧化技术
8.1 等离子体的概述 206
8.1.1 等离子体的概念 206
8.1.2 等离子体的分类与产生 207
8.1.3 等离子体的判据与诊断 209
8.2 放电低温等离子体的产生方式与作用原理 213
8.2.1 放电低温等离子体的产生方式 213
8.2.2 放电低温等离子体的作用原理 214
8.3 放电低温等离子体氧化 214
8.3.1 脉冲电晕放电低温等离子体氧化 215
8.3.2 介质阻挡放电低温等离子体氧化 219
8.3.3 滑动弧放电低温等离子体氧化 221
8.3.4 辉光放电低温等离子体氧化 224
8.4 放电低温等离子氧化的能量效率评价 226
8.5 放电低温等离子体氧化的主要影响因素 227
8.5.1 反应器的影响 227
8.5.2 放电功率的影响 227
8.5.3 有机物浓度的影响 227
8.5.4 pH 值的影响 228
8.5.5 电导率的影响 228
8.5.6 放电气体氛围的影响 228
8.5.7 处理时间的影响 228
8.5.8 添加剂的影响 229
8.6 放电低温等离子体氧化技术存在的问题及发展方向 229
参考文献 229

第9 章 活化过硫酸盐氧化技术
9.1 硫酸根自由基的概述 234
9.1.1 硫酸根自由基的化学特性 234
9.1.2 硫酸根自由基的产生与鉴定 235
9.2 活化过硫酸盐氧化技术 235
9.2.1 过硫酸盐的活化 235
9.2.2 活化过硫酸盐的氧化机制 238
9.2.3 活化过硫酸盐氧化的主要影响因素 240
9.3 活化过硫酸盐氧化技术存在的问题及发展方向 241
参考文献 242