姜 麟 蘇曉亮 王 勇 張 猛 劉 佳

（沈陽嘉誠水務有限公司，遼寧沈陽 110000）

0 引言

近年來，以臭氧為核心的高級氧化技術(shù)逐漸成為影響工業(yè)污水處理項目成敗的關(guān)鍵。由于臭氧氧化技術(shù)具有氧化能力強、光譜適用、無二次污染等特點，對工業(yè)污水具有良好的處理效果，臭氧氧化設(shè)備在處理工業(yè)廢水中得到了廣泛的應用。臭氧氧化設(shè)備還被稱為臭氧氧化系統(tǒng)、臭氧反應器等，具有性價比高、易于操作、系統(tǒng)運行自動化程度高以及出水效果好的特點。但是臭氧氧化法還存在一些缺點，比如在臭氧分子與有機物進行反應的時候，通常存在電勢點位氧化強度小以及反應速率低的問題。為了解決這種問題，在使用臭氧氧化法處理工業(yè)污水時，通過反應器加入催化劑，并通過臭氧催化氧化塔反應器結(jié)構(gòu)設(shè)計提升工藝點控制能力從而提高反應效率。

1 臭氧催化氧化的反應原理

臭氧催化氧化反應是利用催化劑表面的催化活性組分催化部分臭氧分解，產(chǎn)生氧化能力更強的羥基自由基（·OH），形成臭氧直接氧化和羥基自由基間接氧化的臭氧催化氧化體系，在項目的實際應用過程中，一方面提高了臭氧的利用率（采用臭氧催化劑后，臭氧利用率可達80%以上），降低了臭氧尾氣濃度，保護了大氣環(huán)境；另一方面提高了臭氧的氧化能力，提高了臭氧的處理效果（在相同臭氧投加量下，可提高20%～35%的COD 及色度去除效果）。臭氧催化氧化反應器單元的COD 去除率通常為10%～35%，部分工程去除率可以達到50%～60%，這取決于工業(yè)污水水質(zhì)，反應過程基本分兩種：（1）有機物被化學吸附在催化劑的表面，形成具有一定親核性的表面螯合物，然后臭氧或者羥基自由基與之發(fā)生氧化反應，形成的中間產(chǎn)物能在表面進一步被氧化，也可能脫附到溶液中被進一步氧化。（2）催化劑不但可以吸附有機物，而且還直接與臭氧發(fā)生氧化還原反應，產(chǎn)生的氧化態(tài)金屬和羥基自由基可以直接氧化有機物。

2 臭氧催化氧化反應器的反應過程

傳統(tǒng)非催化形式的臭氧氧化反應中，分子臭氧的反應是具有選擇性的，并不是所有的有機物都可以被臭氧氧化；在催化劑的作用下臭氧發(fā)生自分解，生成羥基自由基，氧化選擇性小，氧化能力強，污水處理應用范圍更加廣泛。

臭氧催化氧化設(shè)備包括進水區(qū)、反洗膨脹區(qū)、催化反應區(qū)、曝氣區(qū)和出水區(qū)：在進水區(qū)設(shè)有布水裝置；反洗膨脹區(qū)設(shè)高位視鏡窗、回流入塔管、反洗出水管、高位采樣口等；催化反應區(qū)設(shè)有高位反洗管和低位反洗管，并裝填催化劑填料；曝氣區(qū)設(shè)有承托穿孔板、催化劑填料承托層、臭氧進氣管、剛玉曝氣盤等；在出水區(qū)設(shè)有回流出塔管、出水管和排空管。臭氧催化氧化設(shè)備通過催化劑產(chǎn)生高氧化還原電位的（·OH），將水中的有機物進行直接氧化，或者將大分子有機物氧化分解成小分子，使其更容易被降解。臭氧催化氧化設(shè)備操作簡單，并且反應時間短，無化學污泥產(chǎn)生，不會造成二次污染，能夠?qū)I(yè)污水進行有效的處理[1]。

3 臭氧催化氧化設(shè)備在工業(yè)污水處理中的應用

3.1 染料廢水處理

染料行業(yè)作為高用水量的工業(yè)行業(yè)，其生產(chǎn)過程會產(chǎn)生大量的工業(yè)廢水。印染生產(chǎn)中，由于退煮漂和堿減量等工藝大量使用對苯二甲酸和聚乙烯醇等物質(zhì)，印染廢水可生化性差且色度高很難處理。使用常規(guī)的工業(yè)污水處理法對其進行處理，往往不能取得良好的效果。而在處理染料廢水時，應用臭氧催化氧化設(shè)備能夠?qū)ζ渲泻械拇蠓肿佑袡C物和顯色基進行很好的去除。通過臭氧催化氧化處理，還能夠提高廢水的可生化性，提升后續(xù)生化系統(tǒng)的處理效率。

由于臭氧分子具有強選擇性的特點，其色度去除效果顯著，但在一定程度上阻礙了對復雜類型廢水的直接處理。為此，人們逐漸研發(fā)出了各種各樣的催化劑，以提高臭氧氧化的性能，這方面的催化方式主要分為均相以及非均相的臭氧催化氧化。當前，起到催化作用的金屬離子包括Fe2+、Fe3+、Ni2+、Co2+、Mg2+等。有研究表明利用Fe2+、Fe3+、Ni2+等金屬離子作為催化劑，去處理染料廢水，能夠?qū)⑷玖蠌U水中含有的COD 進行有效的去除。通過使用均相催化氧化技術(shù)對染料廢水進行處理，雖然能夠起到良好的處理效果，但是其使用的催化劑會以離子的狀態(tài)在水中分布，當反應完成，催化劑就會隨著處理后的廢水一同排出去，導致催化劑被浪費，同時還導致廢水中的重金屬濃度升高。于是非均相的催化劑誕生，該種催化劑主要包括銅、貴金屬以及稀土等，其價格較便宜，在實際處理染料廢水時得到了廣泛的應用。柳疃鎮(zhèn)某印染廢水處理項目采用NiO/Al2O3催化劑對印染廢水進行臭氧催化氧化處理，能發(fā)揮良好的催化作用，促使污水中的COD 得到有效去除。但用非均相催化劑制作載體催化劑時流程復雜，并且需要花費較高的成本。為了解決這個問題，有研究者通過天然礦石來制備臭氧氧化催化劑，同樣取得了良好的效果。為了能夠進一步提高臭氧催化氧化的效果，在對污水進行處理時，應根據(jù)污水的類型以及催化劑的種類，將單組分的催化劑進行多元的組合，以便配制出更高效、性價比更高的催化劑，使臭氧氧化作用得到加強，從而提高工業(yè)污水的處理效果。

3.2 醫(yī)藥化工有機廢水處理

對于醫(yī)藥行業(yè)來說，抗生素廢水的處理一直是最為頭疼的難題。在生產(chǎn)抗生素期間，通常會產(chǎn)生大量的廢水，并且組成成分非常復雜，含有多種種類的有機物、難以降解的物質(zhì)、生物抑制劑等，生物毒性及抑制性極強。如果使用常規(guī)的傳統(tǒng)預處理和生物處理技術(shù)，很難保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，通常無法實現(xiàn)排放達標。而應用臭氧催化氧化設(shè)備能夠有效破壞生物毒性及抑制性組分，并降解大分子有機物。主要是因為抗生素分子中含有一個或多個電子供體基因，比如活性芳香環(huán)體系、碳碳雙鍵、硫原子等，其能夠與臭氧快速進行反應[2]。有研究表明，臭氧含量在0.5mg/L ～10mg/L 時，能夠很好地去除工業(yè)污水中含有的抗生素、消炎藥以及抗癲癇藥物，但是對x 射線造影劑以及氯貝酸的去除效果比較差。同時還有研究表明，在臭氧催化氧化設(shè)備中加入0.5mg/L 臭氧，能夠?qū)⒃泻械?000ng/L 雙氯芬酸以及立痛定有效降解97%，當加入1mg/L 臭氧時，能夠去除原水中1000ng/L 的撲米酮以及一半必降脂。通過臭氧催化氧化設(shè)備對醫(yī)藥行業(yè)廢水進行處理，作為預處理單元使用，能夠有效破壞生物毒性及抑制性提高污水的可生化性；作為深度處理使用，能夠為出水的穩(wěn)定達標排放提供保障。

3.3 電鍍廢水處理

通過臭氧催化氧化設(shè)備對鍍鎳、鍍鋅等廢水進行處理，主要需要對臭氧投放量、pH 值、溫度以及廢水初始COD 濃度等因素進行考察，觀察各個反應條件對處理效果的影響，并對其反應機理進行探討。有實驗數(shù)據(jù)表明，在處理電鍍廢水時，如果pH 值升高，則廢水中的COD去除率也會升高。在pH 值6 ～7 的中性條件下，適當增加臭氧的投放量，也能在一定程度上增加COD 的去除率。當溫度在15℃～35℃時，溫度越高，廢水當中的有機物越容易被降解。在使用臭氧催化氧化設(shè)備對電鍍廢水進行處理時，因電鍍廢水經(jīng)過化學沉淀法處理后，COD 濃度已接近排放標準，因此，如何精確投加臭氧，減少處理成本，是電鍍廢水采用臭氧催化氧化工藝時應該著重研究與實踐的方向。

3.4 臭氧催化氧化設(shè)備對高鹽度有機廢水進行處理

很多工業(yè)在生產(chǎn)的過程中都會產(chǎn)生高鹽度廢水，比如常見的制藥、化工等行業(yè)。高鹽分工業(yè)廢水中含有濃度較高的有機物以及總?cè)芙夤腆w物質(zhì)，并且不同的行業(yè)產(chǎn)生的廢水類型不盡相同，處理起來有較大的難度，對處理污水的設(shè)備以及工藝都有較高的要求。污水處理主要依賴生化單元，但鹽分會影響生物活性，降低反應效率，如果不采取有效的預處理措施對高鹽度廢水進行預處理，高鹽廢水處理達標是非常困難的。由于臭氧催化設(shè)備是一種有效的強氧化技術(shù)，在一定程度上能夠?qū)ξ廴疚镆约皬U水中的難降解物質(zhì)進行分解和去除，因此采用臭氧催化氧化技術(shù)后，有利于取得更好的高鹽廢水處理效果。通過臭氧催化氧化設(shè)備以及微生物技術(shù)，對催化劑進行優(yōu)化，對工藝條件進行改進，在一定程度上能夠取得良好的處理效果。同時，對于高鹽廢水處理來說，由于臭氧催化氧化不需要調(diào)節(jié)酸堿，不會再次增加廢水中的鹽分，因此，它比芬頓氧化工藝更為適用。

3.5 臭氧催化氧化設(shè)備對其他毒性廢水進行處理

最近幾年，臭氧催化氧化設(shè)備作為一種新興起的設(shè)備，在處理具有生物毒性或抑制性的污水時發(fā)揮了巨大的作用。有研究表明，使用臭氧催化氧化設(shè)備能夠?qū)Ρ椒蛹兹?、滲濾液濃水等廢水起到良好的處理效果。同時，在使用臭氧催化氧化設(shè)備進行處理時，催化劑是反應過程的一個重要因素[3]。首先，催化劑能夠與各類有機物發(fā)生吸附反應，污水流經(jīng)催化劑表面時，水中的有機物質(zhì)會快速吸附在催化劑的表層，使臭氧氧化發(fā)揮出良好的作用。其次，催化劑還具有良好的催化性，能夠?qū)Τ粞醴肿舆M行快速的催化，臭氧分子在經(jīng)過催化劑催化之后，會形成羥基自由基，其氧化性能更強，能夠更好地將毒性物質(zhì)分解。通過應用臭氧催化氧化設(shè)備，對具有生物毒性和抑制性的廢水進行處理，有利于生化系統(tǒng)的穩(wěn)定達標運行[4-5]。

4 結(jié)語

隨著我國工業(yè)不斷的發(fā)展，工業(yè)污水排放量不斷增大。由于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的污水中，大分子結(jié)構(gòu)、長碳鏈結(jié)構(gòu)物質(zhì)增多，且具有一定的生物毒性，傳統(tǒng)的污水處理方法已無法滿足排放標準的要求，因此臭氧催化氧化水處理技術(shù)應運而生。臭氧催化氧化設(shè)備作為臭氧催化氧化水處理技術(shù)的應用載體，已大量應用于工業(yè)水處理項目之中，并展現(xiàn)出清潔無二次污染、運行成本低、操控簡便等優(yōu)勢。因此，應該對臭氧催化氧化設(shè)備加大研究力度，進一步優(yōu)化該工藝的運行成本和處理效率，最終實現(xiàn)經(jīng)濟效益和環(huán)境保護的雙豐收。