一、前言
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人民生活水平不斷提高，各種農(nóng)藥、石油化工產(chǎn)品廣泛使用，水環(huán)境已受到相當(dāng)嚴(yán)重的污染，特別是有機(jī)污染，目前已成為全社會(huì)普遍關(guān)注的一大熱點(diǎn)。為解決這一問(wèn)題，除采除嚴(yán)格的措施控制污染物的使用和排放等政府行為外，亟需研究高效、簡(jiǎn)單、價(jià)廉又無(wú)二次污染的水處理方法。

　　二、目前用于控制飲用水中有機(jī)污染物的技術(shù)對(duì)策

　?、鸥倪M(jìn)和強(qiáng)化傳統(tǒng)工藝：改進(jìn)和強(qiáng)化傳統(tǒng)的常規(guī)水處理工藝是目前控制水廠(chǎng)出水中有機(jī)物含量最經(jīng)濟(jì)、最具實(shí)效的手段。采用高效的斜管沉淀是強(qiáng)化沉淀效果的有力措施，氣浮工藝的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用為傳統(tǒng)沉淀工藝提高了又一個(gè)新的思路。過(guò)濾除采用雙層過(guò)濾、多層過(guò)濾等形式外，目前有許多關(guān)于象硅藻土等新過(guò)濾材料的報(bào)導(dǎo)。但這些工藝對(duì)有機(jī)物的去除率較低。

　?、瓶諝獯得摚鹤?0年代末期，空氣吹脫開(kāi)始用于去除毒草性有害揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）。在114種有機(jī)儔控制污染物中可吹脫的達(dá)31種，但被吹脫的VOCs可能造成二次污染。

　?、巧镱A(yù)處理：其目的是去除或減少可能在加氯后生成致突變物質(zhì)的前驅(qū)物質(zhì)及一些可生物降解的有機(jī)物與去除氨氮、亞硝酸鹽，減輕后續(xù)工藝的負(fù)擔(dān)及提高整個(gè)工藝流程的處理效率。一些研究表明，生物預(yù)處理進(jìn)出水毛細(xì)色譜峰數(shù)相差很小，Ames試驗(yàn)陽(yáng)性的耐用消費(fèi)品水處理后仍呈陽(yáng)性，處理過(guò)程中往往使溴化物等 THMs與溶解性有機(jī)物比值長(zhǎng)高。

　?、任剑阂曰钚蕴繛榇淼奈焦に囀悄壳皩?duì)付有機(jī)污染物首選實(shí)用技術(shù)，但是活性炭吸附對(duì)優(yōu)先控制污染物名單中絕大多數(shù)的極性有機(jī)物，特別是危害較大的鹵代烴的吸附效果不太好，而活性炭吸附后的再生問(wèn)題一直難以得到滿(mǎn)意的解決。

　?、裳趸ǎ撼Ｓ玫挠谐粞鹾蚄MnO4法。臭氧的使用可發(fā)送混凝效果，氧化部分溶解性有機(jī)，但是臭氧的氧化很難達(dá)到完全礦化的程度。研究表明臭氧對(duì)水中一些常見(jiàn)優(yōu)近代污染物如三氯甲烷、四氯化碳、多氯聯(lián)苯等物質(zhì)的氧化性很差。臭氧還會(huì)與水中腐殖質(zhì)反應(yīng)生成醛類(lèi)、酮類(lèi)及有機(jī)酸，這些不安全氧化產(chǎn)物的積累，在管網(wǎng)中可促進(jìn)硝化細(xì)菌等微生物生長(zhǎng)，影響供水水質(zhì)，Ames試驗(yàn)表現(xiàn)為陽(yáng)性。KMnO4也是去除水中微量有機(jī)污染物的一種氧化劑，KMnO4氧化可控制氯酚、THMs的生成，并有一定的色、嗅、味的去除效果。但是KMnO4的氧化勢(shì)看其氧化性遠(yuǎn)低于O3，不與O3反應(yīng)的污染物也難以被KMnO4氧化，同時(shí)KMnO4投加量控制不當(dāng)時(shí)會(huì)引起不的色度和濁度增加，另外反應(yīng)中生成KMnO2產(chǎn)生額外的污泥等均限制了其應(yīng)用。

　　⑹膜法：它是深度處理的一種高級(jí)手段，反滲透、超濾、微濾和納濾能有效去除不中嗅味、色度、消毒副產(chǎn)物前體及其它有機(jī)物和微生物。近年來(lái)，膜法在美受到高度重視，特別其對(duì)消毒副產(chǎn)物的良好控制，被EPA 推薦為最佳工藝之一。但膜處理要求對(duì)原水進(jìn)行嚴(yán)格的各種預(yù)處理和常規(guī)處理，另外膜法的投資和運(yùn)行費(fèi)用較高，因此很難大規(guī)模地推廣應(yīng)用。

　　⑺光化學(xué)處理：有機(jī)污染物吸收入光之后進(jìn)入激發(fā)態(tài)引起化學(xué)反應(yīng)而被去除。光分解只能作用于對(duì)給定波長(zhǎng)紫外光有較強(qiáng)吸收的物質(zhì)，而且通常不能完全礦化，加上飲用水中微量有機(jī)物種類(lèi)繁多，單純的紫外光處理效果不是太好。

　　三、光催化氧化法

　　該方法是近二十年來(lái)才發(fā)展起來(lái)的水處理新技術(shù)，它是在水中加入一定量的光敏半導(dǎo)體材料，結(jié)合具有一定能量的光照射，光敏半導(dǎo)體材料被光激發(fā)出電子——空穴對(duì)，吸附在光敏半導(dǎo)體表面的溶解氧、水及污染物分子接受光生電子或空穴，從而發(fā)生一系列的氧化還原反應(yīng)，使有毒的污染物降解為無(wú)毒或毒性較小的物質(zhì)的一種方法，可大大地改善水處理效果，所以在二十世紀(jì)七十年代一經(jīng)提出，即引起全球科技界的高度重視，競(jìng)相進(jìn)行研究。不少著名學(xué)者甚至斷言其將成為氯消毒的替代技術(shù)和二十一世紀(jì)水處理的主導(dǎo)技術(shù)之一。

　　1、光催化氧化的機(jī)理：

　　光催化氧化是以N型半導(dǎo)體的能帶理論為基礎(chǔ)，N型半導(dǎo)吸收了能量大于或等于帶隙寬度的光子后，進(jìn)入激發(fā)態(tài)，此時(shí)價(jià)帶上的受激發(fā)電子躍過(guò)禁帶，進(jìn)入導(dǎo)帶，同時(shí)在價(jià)帶上形成光致空穴。以TiO2例，TiO2的禁帶度（Eg）為3.2ev，當(dāng)用波長(zhǎng)小于387nm的光照射TiO2 時(shí)，由于光子的能量大于禁帶寬度，其價(jià)帶上的電子被激發(fā)，躍過(guò)禁區(qū)帶進(jìn)入導(dǎo)帶，同時(shí)在價(jià)帶上形成相應(yīng)的空穴：TiO2+hλ→h++e 光致空穴具有很強(qiáng)的捕獲電子的能力，而導(dǎo)帶上的光致電子又具有很高的活性，在半導(dǎo)體表面形成氧化還原體系，當(dāng)半導(dǎo)體處于溶液中時(shí)存在如下反應(yīng)：
h++H2O→OH+H+
e-+O2→O2-→HO2·
2HO2·→O2+H2O2
H2O2+O2→·OH+OH+O2
h++OH→·OH
氘同位素試驗(yàn)⑴和電子自旋諧振（ESR）[2-3]研究均已表明，利用上述反應(yīng)產(chǎn)生的游離基具有高度活性，可以氧化包括難以生物降解的各種有機(jī)物質(zhì)并使之礦化。

　　2、影響光催化氧化反應(yīng)速度因素

　?。?）催化劑：光催化氧化以n型半導(dǎo)體為催化劑，包括TiO2、ZnO、CdS、WO3和Fe2O3等，其中TiO2和ZnO在光照下不穩(wěn)定， TiO2有兩種晶型，銳鈦型活性?xún)?yōu)于金紅石型。此外催化劑的粒徑、孔隙率、平均孔徑、表面電荷、退火預(yù)處理、純度等都是影響光催化活性的因素。

　?。?）光源和光強(qiáng)：光催化氧化始于光照下n型半導(dǎo)體的電子激發(fā)躍遷，用于激發(fā)的光子能量必須大于半導(dǎo)體的禁帶寬度（Eg）才能完成這一過(guò)程。TiO2的 Eg為3.2ev，可求出其所需入射光的最大波長(zhǎng)為387nm，研究中所用波長(zhǎng)一般為300——400nm，所用燈包括高壓汞燈、黑光燈、紫外線(xiàn)殺菌燈等。Bahnemann等在光催化降解三氯甲烷時(shí)，發(fā)現(xiàn)降解速率與光強(qiáng)的平方根之間存在線(xiàn)性關(guān)系。更進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，在光強(qiáng)大于 6×10-5Einstein·L-1·S-1時(shí)，光催化沒(méi)有效果。結(jié)論是光強(qiáng)大，并不一定有效。Okamoto等⑷ 發(fā)現(xiàn)，光強(qiáng)大于2×10-5mol·m-2·s-1時(shí)，酚的降解速率與光強(qiáng)的平方根存在線(xiàn)性關(guān)系，但在低光強(qiáng)下（<1×10-5mmol· m-2 s-1)時(shí)，降解速率與光強(qiáng)之間存在線(xiàn)性關(guān)系。研究表明，對(duì)相對(duì)強(qiáng)的燈光或集中的太陽(yáng)光源來(lái)說(shuō)，光量子效率較差。

　?。?）有機(jī)物濃度的影響；光催化氧化的反應(yīng)速率可以用動(dòng)力學(xué)方程來(lái)描述（r=Kkc/(1+KC)，低濃度時(shí)反應(yīng)速率與溶質(zhì)成正比，初始濃度越高，降解速率越大。同樣也可以看出，在某一高濃度范圍時(shí)，反應(yīng)速率與該溶質(zhì)濃度無(wú)關(guān)，而在中等濃度時(shí)，反應(yīng)速率與溶質(zhì)濃度之間存在復(fù)雜的關(guān)系，對(duì)此已有不少的研究。