高度酸化技術は深酸化技術とも呼ばれ、電気、光照射、触媒の使用を基本とし、時には酸化剤と組み合わせて反応で高活性のフリーラジカル（HO•など）を生成し、その後、フリーラジカルと有機化合物間の付加、置換、電子移動、結合切断などを通じて、水中の高分子難分解性有機物を酸化して低毒性または無毒性の小分子に分解するか、直接CO2とH2Oに分解して、完全な鉱化に近づきます。現在の高度酸化技術には、主に化学酸化、電気化学酸化、湿式酸化、超臨界水酸化、光触媒酸化が含まれます。
1.化学酸化技術
化学酸化技術は、生物処理の前処理によく使用されます。一般的に、化学酸化剤は、触媒の作用で有機廃水を処理してその生分解性を向上させるか、廃水中の有機物を直接酸化分解して安定化させるために使用されます。
1.1 フェントン試薬酸化法
この技術は 1900 年代半ばにフランスの科学者 HJ Fenton によって提案されました。酸性条件下では、H2O2 は Fe2+ イオンの触媒作用により酒石酸を効果的に酸化することができ、リンゴ酸の酸化に応用されています。長い間、人々に信じられてきた Fenton の主な原理は、第一鉄イオンを過酸化水素の触媒として使用することです。この反応により、式: Fe2++ H2O2 --Fe3++OH-+•OH のヒドロキシルラジカルが生成され、反応は主に酸性条件下で行われます。
化学酸化法の中で、フェントン法は、分解しにくい有機物（フェノールやアニリンなど）の処理に一定の利点があります。フェントン法の徹底的な研究により、近年、紫外線（UV）とシュウ酸塩がフェントン法に導入され、フェントン法の酸化能力が大幅に向上しました。
クロロフェノール混合物をUV+フェントン法で処理したところ、1時間以内にTOC除去率が83.2％に達した。フェントン法は、酸化力が強く、反応条件が穏やかで、設備が簡単で、応用範囲が広いが、処理コストが高く、プロセス条件が複雑で、プロセス制御が難しいなどの欠点があり、推進と適用が難しい。
1.2 オゾン酸化法
オゾン酸化システムは高い酸化還元電位を持ち、廃水中のほとんどの有機汚染物質を酸化することができ、産業廃水処理に広く使用されています。オゾンは水中の多くの有機物を酸化することができますが、オゾンと有機物の反応は選択的であり、有機物をCO2とH2Oに完全に分解することはできません。オゾン酸化後の生成物は多くの場合、カルボン酸有機物です。また、オゾンの化学的性質は、特に非純水中では非常に不安定であり、酸化分解速度は数分で測定されます。廃水処理では、オゾン酸化は通常、独立した処理ユニットとして使用されず、通常、光触媒オゾン処理、塩基触媒オゾン処理、多相触媒オゾン処理などのいくつかの強化方法が追加されます。さらに、オゾン/超音波法、オゾン/生物活性炭吸着法など、オゾン酸化と他の技術の組み合わせも研究の焦点です。
文献では、オゾン酸化と活性炭吸着を組み合わせることで、廃水中の芳香族炭化水素の質量濃度を 0.002ug/L まで下げることができると報告されています。工業用循環水中の界面活性剤をオゾン酸化で除去すると、都市下水処理場の浄化度を効果的に高め、排水の水質を改善できます。 Yu Xiujuan らも、オゾン-バイオ活性炭プロセスを使用して水中の有機微量汚染物質を除去することに優れた成果を上げています。オゾンは水に溶けにくいため、オゾンをより効果的に水に溶かす方法は、この技術の研究でホットな話題になっています。
2. 電気化学的触媒酸化法
この技術は1940年代に始まり、幅広い応用範囲、高い分解効率、シンプルなエネルギー要件、容易な自動化、柔軟で多様な応用方法などの利点があります。電気化学的触媒酸化は、分解困難な廃水の前処理手段として使用して生分解性を向上させることができ、また、分解困難なフェノール性廃水の深部処理技術としても使用できます。電気分解反応プロセスは、電気触媒酸化電解セル内で直接発生します。最適化されたpH値、温度、電流強度の条件下では、フェノールをほぼ完全に分解できます。
高濃度、難分解性、有毒、有害なフェノール含有廃水に対して、従来の生物的、物理的方法は優位性を失い、化学的酸化方法はコストの高さによって妨げられています。電気化学的触媒酸化法はますます人々に好まれていますが、電力消費、電極材料が貴金属であること、コストが高いこと、陽極腐食などの問題もあり、その推進と応用を導くミクロ力学と熱力学の研究はまだ不完全です。
3. 湿式酸化技術
湿式酸化は湿式燃焼とも呼ばれ、高濃度有機廃水を処理する有効な方法です。その基本原理は、高温高圧条件下で空気を導入して廃水中の有機汚染物質を酸化することです。処理プロセスに触媒があるかどうかに応じて、湿式空気酸化と湿式空気触媒酸化に分けられます。
3.1 湿潤空気酸化
湿式空気酸化（WAO）を最初に開発し、産業化した企業は米国のZimpro社です。同社は、オレフィン製造廃洗浄液、アクリロニトリル製造廃水、農薬製造廃水などの有毒で有害な産業廃水の処理にWAOプロセスを適用しました。WAO技術は、高温（{{0}}度）および高圧（0.5-20MPa）条件下で空気を導入し、廃水中の高分子有機物を直接酸化して無機物または低分子有機物に分解します。
湿式空気酸化技術を使用してジメトエート生産廃水を前処理すると、有機リンと有機硫黄の除去率はそれぞれ95％と90％と高くなります。 ZimproのWAOプロセスは処理効率が高く、反応時間が短いですが、技術には高温高圧が必要であり、必要な設備投資が大きく、操作条件が厳しいため、一般企業が受け入れることは困難です。 そのため、触媒を使用して反応温度と圧力を下げたり、反応滞留時間を短縮したりする湿式空気触媒酸化法は、近年大きな注目と研究を集めています。
3.2 湿式空気触媒酸化
触媒湿式空気酸化（CWAO）は、従来の湿式酸化プロセスに適切な触媒を追加して、より穏やかな条件で、より短時間で酸化反応を完了できるようにする方法です。これにより、反応の温度と圧力が低下し、酸化分解能力が向上し、反応速度が加速され、滞留時間が短縮され、機器の腐食と運用コストが削減されます。湿式空気触媒酸化の重要な問題は、高活性でリサイクルしやすい触媒です。CWAO触媒は、一般的に金属塩、酸化物、複合酸化物の3つのカテゴリに分類されます。システム内の触媒の形式に応じて、湿式空気触媒酸化は均一湿式触媒酸化と不均一湿式触媒酸化に分けられます。
（１）均一湿式触媒酸化法。均一湿式触媒酸化法では、触媒（主に金属イオン）が可溶性遷移金属塩であるため、これらの塩は廃水中にイオンの形で存在し、イオンまたは分子レベルで、酸化剤のフリーラジカル反応を開始し、それを連続的に再生することにより、水中の有機物の酸化反応を触媒する。均一湿式触媒酸化法では、触媒が分子またはイオンレベルで独立して働くため、分子活性が高く、酸化効果がより良好である。しかし、均一湿式触媒酸化法の触媒はイオンの形で存在するため、廃水からの回収・再利用が難しく、二次汚染を引き起こしやすい。
（2）不均一湿式触媒酸化法。不均一湿式触媒酸化法は、反応系に不溶性の固体触媒を添加するものであり、その触媒作用は触媒表面で行われる。触媒の比表面積は有機物の分解速度に大きな影響を与える。固体触媒の組成タイプと廃水の性質が異なるため、湿式触媒酸化の効果も異なります。不均一湿式触媒酸化法では、固体触媒が溶解せず、流動しないため、活性化、再生、リサイクルが容易であり、その応用展望は非常に広い。
4. 超臨界水酸化技術
超臨界水酸化技術は、湿式空気酸化技術の強化と改良であり、1982年にアメリカのMODAR社によって開発に成功しました。その原理は、超臨界水を媒体として有機物を酸化分解することです。また、水を主な液相として使用し、空気中の酸素を酸化剤として使用し、高温高圧下で反応します。
しかし、その改良と強化は、超臨界状態の水の特性を利用することにあります。水の誘電率は有機物やガスに近い値まで低下するため、ガスや有機物を完全に水に溶解でき、相界面が消えて均一な酸化システムが形成され、湿式酸化プロセスに存在する相間物質移動抵抗がなくなり、反応速度が向上し、均一システム内の酸化フリーラジカルの独立活性が高くなるため、酸化度も高くなります。超臨界水は有機物と酸素の良質な溶媒です。酸素が豊富な超臨界水中で有機物は均一に酸化され、反応速度は非常に速いです。400-600度では、有機物の構造は数秒で破壊され、反応は完全かつ徹底的であるため、有機炭素と水素は完全にCO2とH2Oに変換されます。
超臨界水酸化技術は、その迅速な反応と徹底した酸化により、ますます注目を集めています。触媒を介して反応の温度と圧力を下げるか、反応の滞留時間を短縮するかは、この分野の研究のホットスポットです。現在、一般的に使用されている触媒のほとんどは、湿式触媒酸化プロセスで使用される触媒です。超臨界水酸化技術用の幅広い触媒特性を持つ触媒を見つけることは、この技術の推進における困難です。
5. 光触媒酸化技術
光触媒酸化技術は、光化学酸化技術を基礎として開発されました。光化学酸化技術は、可視光線や紫外線の作用により有機汚染物質を酸化分解する反応プロセスです。自然環境中の一部の近紫外線（290-400nm）は有機汚染物質に吸収されやすく、活性物質が存在すると強力な光化学反応が起こり、有機物を分解します。しかし、反応条件の制限により、光化学酸化分解は十分に徹底的ではないことが多く、さまざまな芳香族有機中間体が生成されやすく、光化学酸化が克服しなければならない問題となっています。
1976年にCareyらが初めてTiO2を使用してビフェニルとクロロビフェニルを光触媒分解して以来、光触媒酸化技術の研究のホットスポットは、TiO2を触媒として使用した有機汚染物質の光触媒酸化分解の方向に移行しました。
光触媒酸化装置の構造がシンプルで、反応条件が穏やかで、操作条件の制御が容易で、酸化能力が強く、二次汚染がなく、TiO2の化学的安定性が高く、毒性がなく、価格が安いため、TiO2光触媒酸化技術は幅広い応用が期待できる新しい水処理技術です。
6.超音波酸化法
ソノケミストリーの発展は、水処理および廃水処理への応用にますます注目を集めています。超音波酸化の動力源は音響キャビテーションです。十分な強度の超音波（15kHz-20MHz）が水溶液を通過すると、音波の負圧半サイクルで音圧振幅が液体内の静圧を超え、液体内のキャビテーション核が急速に膨張します。音波の正圧半サイクルでは、気泡が断熱圧縮により破裂し、持続時間は約0.1μsです。破裂の瞬間、約5000K、100MPaの局所的な高温高圧環境が発生し、速度110m / sの強い衝撃マイクロジェットが生成されます。
超音波酸化に使用される装置は、電磁変換によって超音波を発生させる磁電式または圧電式の超音波トランスデューサーです。実験室で最も一般的に使用されているのは、放射板型超音波機器、プローブ型、およびNAPリアクターです。超音波酸化反応条件は穏やかで、通常は室温で行われ、設備要件が低く、幅広い応用見通しを持つ無公害のグリーン処理技術です。
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