前言：

2018年5月，全国生态环境保护大会隆重召开，会议的重要成果之一就是正式确定了习近平生态文明思想，生态环境保护的重要性被树立到了前所未有的新高度。作为生态环境保护的重要一环，水环境系统的整治变得越来越重要。在水环境治理中，工业废水具有污染物浓度高、水量大和毒性强等特点，是当前水处理的难点、重点。
近年来随着我国工业化的发展，废水尤其是高毒性难降解工业有机废水排放量不断增大，造成了严重的水环境问题，以高级氧化技术为代表的新型水处理技术的出现对于处理该类废水起到了很好的效果。高级氧化技术以其氧化能力强、反应速率快、无二次污染等特点而受到广大学者和工程技术人员的重视。高级氧化技术最早出现于一百多年前，随着化学、化工、材料等基础科学的发展，这项技术得到了迅速发展，其研发逐渐从原本的技术开发扩展到高效催化剂合成、新型反应器设计开发、多种工艺组合、工程模拟和新体系的构建等方面，极大地提高了反应效率并降低了成本，为各类高级氧化技术的工业化应用奠定了坚实基础。经过多年的发展已取得显著的技术进步，多项技术已取得工业化应用。以我国为例，目前工业生产中，多数高级氧化技术已经有了工程案例，产生了巨大的环境效益和社会效益。
高级氧化技术在研发与工程应用等方面取得的巨大进步需要相关学者进行梳理和总结，从而帮助广大环保工作者更好地了解和掌握当前技术的发展现状和特点。但是，我国在该领域的技术进步和工程实践仍缺乏系统总结。因此，急需出版一本高级氧化领域的专著对当前的科学研究发展现状和工程应用进行系统的总结和介绍。
基于以上思路，笔者着手撰写了《实用型水处理高级氧化技术与工程应用》这本书。本书涵盖当前国内外出现的实用型高级氧化技术的研发进展及其工程实践，主要侧重于高级氧化技术催化剂开发及其研究进展、反应设备的研究现状和工程案例讨论，以求为广大环保工作者在工程建设中提供理论指导、技术参考和案例借鉴。本书在编写过程中努力实现实用性、创新性、前沿性和科学性的统一，可以作为水处理环保工作者的技术参考资料，也可以作为高等学校环境工程、市政工程及相关专业的教材或参考书。
本书由孙承林研究员任主编；北京石油化工学院马磊博士和太原理工大学余丽博士任副主编；全书最后由孙承林研究员统稿并定稿。另外，中科院大连化物所卫皇曌副研究员、赵颖工程师、王亚旻博士、谭向东博士、靳承煜博士，北京鑫佰利集团刘培娟博士，中钢集团鞍山热能研究院有限公司安路阳高级工程师等也参与了本书的部分编写工作，在此一并表示感谢。
限于编者水平和编写时间，书中难免会有不足和疏漏之处，敬请同行专家和读者不吝赐教。

编者
2020年11月  

序言：

随着我国工业化和社会化的快速发展，工业污水及生活污水的有机成分变得越来越复杂，部分水质呈现出难降解、高浓度和高毒性的特点。随着污水排放标准与政策的收紧，传统的生化处理法已经很难使出水达标排放，治理高浓度难降解有机废水已经成为当前全球水资源可持续利用和国民经济可持续发展的重要战略目标。多学科融合、产业和技术融合、系统思维促进了污水治理行业全面发展，主要技术发展体现在优化传统处理技术、提升精细化运行、解决难点问题三个方面。在解决难点问题方面，电场强化水解酸化、臭氧多相催化氧化等水处理高级氧化技术提高了难降解有机污染物的去除效果，是解决难点问题的一种关键技术。
高级氧化技术(AOPs)是20世纪80年代发展起来的一种深度氧化技术，在催化剂以及光、电、声等的作用下，在氧化过程中产生一种氧化性极强的活性自由基，自由基能与难降解有机物作用，使其发生开环、断键、加成、取代以及电子转移，最终降解为二氧化碳和水。与传统的水污染处理技术相比，AOPs具有适用范围广、氧化能力强、反应速率快等特点，已成为目前水处理领域的研究热点。一些AOPs已经成功应用于饮用水、工业废水以及垃圾渗滤液等多种水处理实例中。
在过去十几年中，AOPs得到了迅速的发展，涌现出许多新的工艺和典型的工程案例。中国科学院大连化学物理研究所的孙承林研究员及其团队开展催化技术处理工业废水多年，以国家高技术研究发展计划（863计划）课题（编号2009AA063903）“强化催化氧化集成技术”为支撑，全面总结了目前国内外实用型高级氧化技术的研发进展及一些典型的工程实例，对从事水处理高级氧化技术研究与相关工程项目建设的环保工作者具有重要的指导和借鉴意义。

中国工程院 院士
中科院大连化学物理研究所 所长 刘中民
中科院青岛生物质能源研究 所长
2020年10月 

目录：

第1章绪论1
1.1我国水资源与水污染概述1
1.2高级氧化技术概述4
1.2.1催化过氧化氢氧化技术5
1.2.2催化臭氧氧化技术7
1.2.3电催化氧化技术10
1.2.4光催化氧化技术12
1.2.5湿式氧化技术13
1.2.6催化湿式氧化技术15
1.2.7二氧化氯催化氧化技术16
1.2.8电子束辐照技术18
1.2.9超临界水氧化技术19
参考文献20

第2章催化过氧化氢氧化技术23
2.1引言23
2.2催化过氧化氢氧化机理24
2.2.1均相催化过氧化氢氧化机理24
2.2.2非均相催化过氧化氢氧化机理26
2.2.3催化过氧化氢氧化反应的影响因素27
2.3CWPO催化剂的研究进展29
2.3.1均相催化剂的研究进展29
2.3.2非均相氧化催化剂的研究进展31
2.3.3其他类型催化剂43
2.4CWPO反应器设备介绍45
2.4.1均相催化过氧化氢氧化反应设备45
2.4.2多相催化过氧化氢氧化反应设备46
2.5CWPO处理焦化废水工程案例47
2.5.1项目简介47
2.5.2废水处理过程47
参考文献48

第3章催化臭氧氧化技术55
3.1引言55
3.2臭氧氧化反应机理57
3.2.1直接氧化反应机理57
3.2.2间接氧化反应机理58
3.2.3均相催化臭氧氧化反应机理60
3.2.4非均相催化臭氧氧化反应机理61
3.3催化臭氧氧化催化剂的研究进展62
3.3.1整体情况介绍62
3.3.2均相催化剂的研究进展63
3.3.3非均相催化剂的研究进展63
3.4反应设备70
3.4.1臭氧发生器70
3.4.2臭氧检测设备71
3.4.3微气泡发生器72
3.5工程案例72
3.5.1河南某化肥厂反渗透浓水深度处理项目72
3.5.2造纸企业污水处理厂提标改造项目74
3.6催化臭氧氧化技术存在的问题79
参考文献79

第4章电催化氧化技术84
4.1引言84
4.2电化学氧化反应机理85
4.2.1直接阳极电化学氧化机理85
4.2.2间接电化学氧化反应机理86
4.2.3三维电极电化学氧化反应机理87
4.3电化学反应器87
4.3.1传统电化学氧化反应器87
4.3.2三维电极电化学反应器89
4.4电化学氧化处理有机废水的研究进展90
4.4.1主要电化学反应指标90
4.4.2直接阳极电化学氧化的研究进展91
4.4.3间接电化学氧化的研究进展101
4.4.4三维电极电化学氧化的研究进展109
4.4.5活性碳纤维三维电极电化学氧化降解苯酚废水的实验研究110
4.4.6多种电极电化学氧化降解间甲酚效果评价113
4.5工程实例121
4.5.1适宜于电化学氧化废水水质特点121
4.5.2某焦化厂生化出水深度处理工程122
4.5.3徐州某工业园污水处理厂提标改造工程124
参考文献125

第5章湿式空气氧化技术131
5.1引言131
5.2湿式氧化反应机理132
5.2.1湿式氧化反应机理132
5.2.2催化湿式氧化反应机理132
5.3催化湿式氧化催化剂的研究进展134
5.3.1均相催化剂的研究进展135
5.3.2非均相非贵金属催化剂的研究进展137
5.3.3非均相贵金属催化剂的研究进展142
5.3.4非均相非金属催化剂的研究进展151
5.3.5催化湿式电氧化降解异氟尔酮的研究进展158
5.3.6限域单原子镍碳纳米管超结构载体负载贵金属催化湿式氧化降解乙酸175
5.3.7污泥碳材料在不同氧化体系中不同催化行为的初步研究193
5.4催化湿式氧化反应设备203
5.4.1传统间歇式反应釜203
5.4.2电极耦合间歇式反应釜204
5.4.3连续反应装置206
5.4.4反应器材质207
5.5催化湿式氧化处理废水工程案例208
5.5.1烟台万华高浓度废水CWAO处理工程案例209
5.5.2北京天罡助剂高浓度废水CWAO处理工程案例213
5.5.3深圳危废处理站感光胶废水CWAO处理工程案例215
参考文献217

第6章高级氧化技术偶联225
6.1引言225
6.2电芬顿法225
6.2.1电芬顿法的反应机理226
6.2.2电芬顿法的分类227
6.2.3电芬顿法影响因素228
6.2.4电芬顿反应器229
6.2.5电芬顿法工业应用229
6.3UV/O3氧化法231
6.3.1UV/O3氧化法的反应机理231
6.3.2UV/O3氧化法的主要应用232
6.3.3UV/O3催化氧化技术研究进展233
6.3.4UV-MicroO3技术234
6.4光芬顿法235
6.4.1光芬顿法的反应机理236
6.4.2光芬顿法的应用237
6.5臭氧-芬顿法238
6.5.1臭氧-芬顿法的反应机理238
6.5.2臭氧-芬顿法的应用238
6.6高级氧化-生化法239
6.6.1臭氧-生物法组合技术240
6.6.2芬顿-生化法组合技术241
6.6.3光氧化-生物法组合技术241
6.6.4生化-高级氧化法242
6.7气体扩散电极的制备及电芬顿降解异氟尔酮的研究244
6.7.1电极SEM分析244
6.7.2电极XPS分析245
6.7.3BET和循环伏安曲线分析246
6.7.4AB与PTFE的质量比对H2O2生成和CE的影响247
6.7.5H2O2产量与SBET、孔隙体积、孔径和SCV的关系248
6.7.6氧分压及电流密度对H2O2及CE的影响249
6.7.7阴阳极协同降解IP251
参考文献253

第7章水处理技术方法评价259
7.1引言259
7.2水处理技术筛选原则259
7.3废水处理方案的确定261
7.3.1废水基本特点261
7.3.2废水处理方案设计思路261
7.3.3实验室小试结果262
7.3.4中试实验设计266
7.4水处理技术的全生命周期评价266
7.4.1全生命周期技术介绍266
7.4.2全生命周期方法在传统污水处理技术评价中的应用268
7.4.3全生命周期方法在非传统水处理技术评价中的应用269
参考文献271

第8章典型工程应用案例分析274
8.1煤化工废水的处理工程实例274
8.1.1煤化工废水零排放项目274
8.1.2焦化废水深度处理项目278
8.2含油废水处理药剂筛选实例284
8.2.1项目概况285
8.2.2含油废水净水剂Ⅱ筛选研究285
8.2.3含油废水混凝工艺净水剂Ⅲ和净水剂Ⅳ的筛选291
8.2.4现有工艺药剂筛选中试实验研究308
8.2.5出水水质及运行费用总结309
8.3含油废水深度处理实例309
8.3.1项目概况309
8.3.2工艺流程及说明310
8.3.3中试结果311
8.4氰基树脂废水处理工程实例312
8.4.1项目概况312
8.4.2工艺流程及说明313
8.4.3主要构筑物和设备参数314
8.4.4主要运行结果315
8.4.5经济技术分析316
8.5联萘酚废水处理工程实例316
8.5.1项目概况316
8.5.2工艺流程及说明317
8.5.3主要构筑物及设备参数319
8.5.4主要运行结果321
8.5.5经济技术分析321
8.6芴酮废水处理工程实例322
8.6.1项目概况322
8.6.2工艺流程及说明322
8.6.3主要构筑物与设备参数325
8.6.4主要运行效果325
8.6.5经济技术分析325
参考文献326

附录328
附录1河南省地方标准《贾鲁河流域水污染物排放标准》（DB 41/908—2014）328
附录2河北省地方标准《大清河流域水污染物排放标准》（DB 13/2795—2018）335
附录3辽宁省地方标准《辽宁省污水综合排放标准》（DB 21/1627—2008）340
附录4广东省地方标准《广州市污水排放标准》（DB 44 37—90）347
附录5天津市地方标准《城镇污水处理厂污染物排放标准》（DB 12/599—2015）353