水处理之高级还原法

一、技术概述

水处理的高级还原法（Advanced Reduction Processes, ARPs）是一类用于去除水中污染物和病原体的技术，它们与传统的高级氧化法（Advanced Oxidation Processes, AOPs）相对应。根据搜索结果，虽然AOPs已经非常有效，但它们并没有充分利用氧化和还原之间的协同作用 。高级还原法通常涉及使用还原剂如水合电子、氢自由基等，这些还原剂可以通过不同的方法产生，例如通过紫外线辐照亚硫酸盐等物质 。

在水处理中，ARPs 可以与 AOPs 结合使用，以实现更全面的污染物去除效果。例如，通过紫外线激活的低分子量二酮可以同时进行氧化和还原反应，从而提高去除污染物的效率 。此外，亚硫酸盐作为一种前驱物，因其成本低廉、来源广泛且生态毒性低，已经被广泛研究用于激活产生高反应性物质以消除水中污染物 。

赵国华教授团队的综述性文章进一步探讨了通过三电子氧还原反应（3e- ORR）原位产生羟基自由基(·OH)的方法，这种方法为水处理技术提供了新的机会 。与传统的两电子氧还原反应相比，3e- ORR 可以直接活化分子氧产生·OH，从而提高了水处理的效率。

总的来说，高级还原法在水处理中的应用是一个不断发展的领域，它通过结合氧化和还原反应的协同效应，为实现更高效、更环保的水处理技术提供了新的可能性。随着对这些过程的深入研究，预计将开发出更多创新的水处理技术和策略。

二、技术应用

水处理还原法，也称为高级还原技术（Advanced Reduction Processes, ARPs），是一种新兴的水处理技术，它通过结合紫外光等活化手段与还原剂（如亚硫酸盐SO₃^(2-)、连二亚硫酸盐S₂O₄^(2-)等）产生强还原性自由基，如水合电子(e_aq^-)和氢原子(H·)，有效去除水中的污染物 。这项技术在以下行业有应用：

1. 工业废水处理：ARPs技术可以用于去除工业废水中的难降解有机污染物，例如氯代有机物和氟代有机物，以及无机污染物如高氯酸盐、溴酸盐和硝酸盐等 。
2. 环境修复：在土壤和水体污染治理中，高级还原法可以用于降解持久性有机污染物（如PFAS），通过特定的还原机制，如利用水合电子的强还原性，实现污染物的无害化处理 。
3. 市政污水处理：随着城市化进程的加快，市政污水处理需求不断增长，高级还原技术可以作为一种有效的补充或替代技术，提高污水处理效率和水质标准 。
4. 农业和畜牧业废水处理：畜禽粪便等农业废弃物可以通过转化为类芬顿催化剂，应用于水净化处理，实现资源化利用和环境保护 。
5. 石油污染治理：在石油污染海岸线的微生物修复中，高级还原法可以作为一种有效的技术手段，促进污染物的降解 。
6. 水处理材料的研发：将木质纤维素生物质转化为可持续材料，用于水和空气修复中的吸附和光催化应用，是ARPs技术在材料科学领域的应用之一 。
7. 电化学还原技术：在工业废水无害化资源化处理中，电催化还原技术通过外电场作用，促使污染物发生电子定向转移，实现剧毒物的还原和回收利用 。