一、前言
隨著國民經濟的快速發(fā)展，人民生活水平不斷提高，各種農藥、石油化工產品廣泛使用，水環(huán)境已受到相當嚴重的污染，特別是有機污染，目前已成為全社會普遍關注的一大熱點。為解決這一問題，除采除嚴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、簡單、價廉又無二次污染的水處理方法。

　　二、目前用于控制飲用水中有機污染物的技術對策

　?、鸥倪M和強化傳統(tǒng)工藝：改進和強化傳統(tǒng)的常規(guī)水處理工藝是目前控制水廠出水中有機物含量最經濟、最具實效的手段。采用高效的斜管沉淀是強化沉淀效果的有力措施，氣浮工藝的開發(fā)和應用為傳統(tǒng)沉淀工藝提高了又一個新的思路。過濾除采用雙層過濾、多層過濾等形式外，目前有許多關于象硅藻土等新過濾材料的報導。但這些工藝對有機物的去除率較低。

　　⑵空氣吹脫：自70年代末期，空氣吹脫開始用于去除毒草性有害揮發(fā)性有機物（VOCs）。在114種有機儔控制污染物中可吹脫的達31種，但被吹脫的VOCs可能造成二次污染。

　?、巧镱A處理：其目的是去除或減少可能在加氯后生成致突變物質的前驅物質及一些可生物降解的有機物與去除氨氮、亞硝酸鹽，減輕后續(xù)工藝的負擔及提高整個工藝流程的處理效率。一些研究表明，生物預處理進出水毛細色譜峰數(shù)相差很小，Ames試驗陽性的耐用消費品水處理后仍呈陽性，處理過程中往往使溴化物等 THMs與溶解性有機物比值長高。

　　⑷吸附：以活性炭為代表的吸附工藝是目前對付有機污染物首選實用技術，但是活性炭吸附對優(yōu)先控制污染物名單中絕大多數(shù)的極性有機物，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題一直難以得到滿意的解決。

　?、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，但是臭氧的氧化很難達到完全礦化的程度。研究表明臭氧對水中一些常見優(yōu)近代污染物如三氯甲烷、四氯化碳、多氯聯(lián)苯等物質的氧化性很差。臭氧還會與水中腐殖質反應生成醛類、酮類及有機酸，這些不安全氧化產物的積累，在管網中可促進硝化細菌等微生物生長，影響供水水質，Ames試驗表現(xiàn)為陽性。KMnO4也是去除水中微量有機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的氧化勢看其氧化性遠低于O3，不與O3反應的污染物也難以被KMnO4氧化，同時KMnO4投加量控制不當時會引起不的色度和濁度增加，另外反應中生成KMnO2產生額外的污泥等均限制了其應用。

　?、誓しǎ核巧疃忍幚淼囊环N高級手段，反滲透、超濾、微濾和納濾能有效去除不中嗅味、色度、消毒副產物前體及其它有機物和微生物。近年來，膜法在美受到高度重視，特別其對消毒副產物的良好控制，被EPA 推薦為最佳工藝之一。但膜處理要求對原水進行嚴格的各種預處理和常規(guī)處理，另外膜法的投資和運行費用較高，因此很難大規(guī)模地推廣應用。

　?、斯饣瘜W處理：有機污染物吸收入光之后進入激發(fā)態(tài)引起化學反應而被去除。光分解只能作用于對給定波長紫外光有較強吸收的物質，而且通常不能完全礦化，加上飲用水中微量有機物種類繁多，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才發(fā)展起來的水處理新技術，它是在水中加入一定量的光敏半導體材料，結合具有一定能量的光照射，光敏半導體材料被光激發(fā)出電子——空穴對，吸附在光敏半導體表面的溶解氧、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，使有毒的污染物降解為無毒或毒性較小的物質的一種方法，可大大地改善水處理效果，所以在二十世紀七十年代一經提出，即引起全球科技界的高度重視，競相進行研究。不少著名學者甚至斷言其將成為氯消毒的替代技術和二十一世紀水處理的主導技術之一。

　　1、光催化氧化的機理：

　　光催化氧化是以N型半導體的能帶理論為基礎，N型半導吸收了能量大于或等于帶隙寬度的光子后，進入激發(fā)態(tài)，此時價帶上的受激發(fā)電子躍過禁帶，進入導帶，同時在價帶上形成光致空穴。以TiO2例，TiO2的禁帶度（Eg）為3.2ev，當用波長小于387nm的光照射TiO2 時，由于光子的能量大于禁帶寬度，其價帶上的電子被激發(fā)，躍過禁區(qū)帶進入導帶，同時在價帶上形成相應的空穴：TiO2+hλ→h++e 光致空穴具有很強的捕獲電子的能力，而導帶上的光致電子又具有很高的活性，在半導體表面形成氧化還原體系，當半導體處于溶液中時存在如下反應：
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⑴和電子自旋諧振（ESR）[2-3]研究均已表明，利用上述反應產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物質并使之礦化。

　　2、影響光催化氧化反應速度因素

　?。?）催化劑：光催化氧化以n型半導體為催化劑，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，銳鈦型活性優(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、退火預處理、純度等都是影響光催化活性的因素。

　?。?）光源和光強：光催化氧化始于光照下n型半導體的電子激發(fā)躍遷，用于激發(fā)的光子能量必須大于半導體的禁帶寬度（Eg）才能完成這一過程。TiO2的 Eg為3.2ev，可求出其所需入射光的最大波長為387nm，研究中所用波長一般為300——400nm，所用燈包括高壓汞燈、黑光燈、紫外線殺菌燈等。Bahnemann等在光催化降解三氯甲烷時，發(fā)現(xiàn)降解速率與光強的平方根之間存在線性關系。更進一步的研究發(fā)現(xiàn)，在光強大于 6×10-5Einstein·L-1·S-1時，光催化沒有效果。結論是光強大，并不一定有效。Okamoto等⑷ 發(fā)現(xiàn)，光強大于2×10-5mol·m-2·s-1時，酚的降解速率與光強的平方根存在線性關系，但在低光強下（<1×10-5mmol· m-2 s-1)時，降解速率與光強之間存在線性關系。研究表明，對相對強的燈光或集中的太陽光源來說，光量子效率較差。

　?。?）有機物濃度的影響；光催化氧化的反應速率可以用動力學方程來描述（r=Kkc/(1+KC)，低濃度時反應速率與溶質成正比，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，反應速率與該溶質濃度無關，而在中等濃度時，反應速率與溶質濃度之間存在復雜的關系，對此已有不少的研究。