臭氧催化氧化技術在煉化行業污水處理中的應用探究

宋俊馳

摘要：臭氧催化氧化技術具有反應快、效率高、無污染等優勢，在行業污水處理方面有著非常重要的應用價值。但該技術同樣具有電耗高、成本高的弊端，因此在現實應用中要結合實際進行優化，才能充分發揮其應有的優勢作用。對此，本文在簡要闡述臭氧催化氧化作用機理的基礎上，以某工廠為例，探討了其在煉化行業污水處理中的應用要點，以期為相關主體提供有益思考與啟示。

關鍵詞：臭氧催化氧化技術；作用機理；應用要點

臭氧催化氧化技術是一種優勢顯著、應用范圍廣的污水深度處理技術，也是當前工業污水處理中的一大研究熱點，尤其是關于催化劑制備、作用機理、應用流程等方面更是研究重點。相比于傳統的以臭氧作為單獨氧化劑的方法，催化劑加持下臭氧所形成的·OH與有機物之間能夠發生更為強烈、更為充分的氧化反應，可以說是一種“無死角”的氧化，甚至包括小分子有機酸、醛等，能夠全面提升污TOC去除率。因此，加強臭氧催化氧化作用機理的研究，在全面掌握其影響因素、反應重點的基礎上，進行相關的實踐探索，無疑具有非常重要的現實意義和指導價值。

一、臭氧催化氧化的作用機理

臭氧催化氧化作為全新的污水深度處理技術，有效解決了臭氧單獨氧化技術的許多弊病和缺點，全面提升了污水處理能力。簡單來講，該技術就是利用催化劑使臭氧與水發生反應并形成大量·OH，然后借助·OH的強氧化性實現有機污染物的氧化講解，最終達到除污的目的。臭氧催化氧化具有穩定性高、降解率高、降解全面、無二次污染等優勢，因此具有非常廣闊的應用前景。目前，根據催化劑性質不同，臭氧催化氧化主要分為均相催化氧化和非均相催化兩類，具體如下：

（一）均相催化氧化

這種催化類型，就是以水體中游離離子作為催化劑的一種方法。具體來講，就是部分主族金屬元素和過渡金屬元素，在離子狀態下被引入污水中，以達到提高臭氧氧化速率的目的，能夠有效降低臭氧消耗量，同時提高降解效率。均相催化氧化的作用機理主要有兩種，一種是水體中離子具有催化劑同等功效，能夠加快臭氧分解，最終通過臭氧分解后產生的-OH達到降解有機物的目的；一種是水體中離子與有機物發生反應，最終被氧化，具有催化功能的水體離子主要有Mn2+、Fe2+、Zn2+等。

（二）非均相催化氧化

這種催化類型，就是以利用固態金屬、金屬氧化物作為催化劑的一種方法。在催化過程中會產生兩個催化空間，一個是催化劑表面，一個是水體中。就前者來講，臭氧和有機物會被同時吸附于催化劑表面，進而集中發生催化氧化反應，此過程就是典型的吸附狀態的氧化反應。而就后者來講，處于游離狀態的臭氧、催化后形成的-OH和有機物會發生氧化反應，此過程屬于典型的非吸附狀態的氧化反應。相比于均相催化氧化，這種氧化方法最顯著的優勢就是催化劑損耗較小，能夠實現二次利用，同時不會產生二次污染。

二、臭氧催化氧化技術在煉化行業污水處理中的應用

在了解臭氧催化氧化作用機理的基礎上，本文通過某煉油廠污水處理的優化實踐，探討臭氧催化氧化技術在煉化行業污水處理中的應用，具體如下：

（一）工藝流程

煉油廠生產時所產生的含油污水，要經過專門的管線輸送，與生活污水一道送至專門的污水處理廠。隨后經過提升泵處理后送至兩個獨立的生化處理系統，經過脈沖澄清池處理后，排入專門的臭氧催化氧化深度處理池，最后將其排放。工業污水在被傳送至污水處理廠后，要經過沉砂池和初沉池進行初步處理，隨后進入水解酸化池，并利用提升泵將其傳至另外兩個獨立的生化處理系統，最后同樣被送入臭氧催化氧化深度處理池進行最后的處理。

在深度處理池中，污水首先要經過微絮凝砂處理，以去除其中的懸浮物和COD，隨后才能進行臭氧催化氧化，最終達到降解COD的目的。當然，只有在確保處理后的污水符合《城鎮污水處理廠污染物排放標準》后，才能與處理后的其他污水排放出去。

（二）工藝技術要點

通過歸納總結國內臭氧催化氧化技術應用的成功經驗，在結合煉油廠的實際，筆者認為臭氧催化氧化深度處理工藝技術應滿足以下條件：

第一，氧化能力強，能夠全面高效地降解有機污染物。

第二，有選擇合理的催化劑，確保氧化反應的充分性，增強適用性。

第三，有機污染物最終降解為二氧化碳和水，避免發生二次污染。

第四，臭氧發生器所使用的能源要確保清潔干凈，避免發生二次污染。

第五，氧化反應時間最好控制在半個小時之內。

另外，在場地選擇上，臭氧催化氧化技術沒有太多的要求，各種規模的污水處理廠都能夠使用。

（三）催化劑的選擇

在確定好工藝流程和技術要點后，就要選擇相應的催化劑，本文結合工廠實際，選用了多孔性無機材料載型催化劑，同時為了達到預期良好的的催化效果，選擇了不同大小的陶粒作為其載體。這種催化劑表面吸附有微小的晶體金屬和非晶體金屬，并形成了大量基團，其中既有酸性的，也有堿性的，這就決定了催化劑具有吸附和催化的雙重功能。在這種催化劑的作用下，臭氧和有機物的反應面積將得到進一步擴大，同時能夠有效激活臭氧氧化后生成的·OH活性，最終達到提高臭氧氧化效率，降低投放成本，提高去除率的目的。

需要指出的是，在催化劑的選擇上一定要滿足以下技術條件：

第一，催化性強，能夠二次回收，降低投放成本。催化劑中的金屬粒子能夠依附于催化劑表面，同時具備較低的溶出率和較高的抗磨力，進而實現其使用壽命的最佳化。

第二，所用設備少，可操作性強，故障維修簡單。在本次的臭氧催化氧化技術應用中，主體氧化工藝只需要一臺臭氧發生器和相應的氧化池即可。

第三，工程建設量小，調整靈活度高。催化氧化時間最好控制在半個小時內，臭氧加入量也不要超過30mg/L，這樣不僅能夠降低運行成本，而且能夠結合實際進行靈活變動。

（四）工藝設計要點

1.污水提升泵房

污水提升泵作為重要的中轉站，內設格柵間、水泵間和集水池，經過脈沖澄清后的污水通過兩臺轉股格柵過濾后流入集水池，集水池的有效容積設計為234立方米，采用立式排污泵提升后將其傳送至微絮凝濾池。

2.臭氧催化氧化深度處理間

催化劑在氧化池的投放量按照35mg03/m3的標準進行，處理規模可達到2300m3/h，也就是說每小時需要消耗催化劑80.5kg；同時，催化劑在接觸池的投放量按照5mgO3/m3的標準進行，處理規模可達到2800m3/h，也就是說每小時需要消耗催化劑14kg。

采用變壓吸附真空解吸制氧設備制取最少90%純度的氧氣，通過過濾凈化和減壓穩壓后，將其送入臭氧發生間。在臭氧發生間的高頻高壓電場內，部分氧氣會轉化為臭氧，隨后可通過出氣自動調節閥排出。本次應用中，該煉油廠設計的臭氧發生間面積為40m×15m，其內設有臭氧發生器間、氧氣制取間和電氣間。

3.綜合處理間

綜合處理間主要設有反沖洗水泵、混凝劑添加裝置、循環水集水池、臭氧尾氣破壞器等。

三、結論

隨著我國經濟的快速發展，尤其是煉化行業的日益崛起，由此產生的一系列環境污染問題也變得越來越突出，并收到了越來越廣泛的關注。在政府不斷提高環保標準，對煉化行業污水進行強制治理的背景下，許多污水處理廠的工藝技術已經無法滿足現實發展要求，這就要求必須加強污水處理技術的創新應用。而大量研究和實踐表明，臭氧催化氧化技術在煉化行業污水處理領域有著較強的應用價值，但之所以沒有得到廣泛推廣，與工藝流程的復雜、運行成本的過高等有著之間關聯，對此需要結合實際進行優化處理。本文通過某煉油廠的應用結果來看，將臭氧催化氧化技術的應用空間還是很大的，但要想達到理想效果就必須進行工藝優化，同時重點解決以下幾個關鍵問題：

首先，確保催化劑選擇的合理性。均相催化劑催化效果好，但流失嚴重，極大地增加了運行成本；而且均相催化劑多為金屬離子，投加之后，增加了二次污染的風險；非均相催化劑能有效地避免二次污染風險，并且損耗小，但催化效果卻不如均相催化劑，而且國內制造的非均相催化劑各廠家之間差異很大，在到達使用年限集中更換時，成本有被提高的風險。

其次，要加強工藝流程的優化設計。臭氧催化氧化工藝能耗、電耗均遠高于其他處理工藝，而且臭氧利用率低，可以通過射流器等設備增加臭氧與污染物的接觸時間和接觸面積，便其充分被氧化，提高臭氧的利用率。

再次，要做好綜合處理工作。制氧過程中，臭氧有泄漏的風險，易發生中毒事故，運用該工藝的單位應做好應急預案，準備相應的應急措施和應急手段。

我們有理由相信，通過不斷的優化創新，臭氧催化氧化技術將被廣泛應用于煉化行業的污水處理中，并充分發揮其應有的優勢作用，進一步推動煉化行業的可持續發展。

參考文獻：

[1]趙霞，ISMOILOV Bakhrom，李亞斌，李響，張航，胡濤.污水高級氧化技術的研究現狀及其新進展[J].水處理技術，2018，44（04）.

[2]牟潔.臭氧氧化技術在水處理中的應用研究[J].環境與發展，2018，30（01）.

[3]孫遜，楊紅紅.催化臭氧氧化工藝深度處理市政污水廠生化出水[J].中國給水排水，2018，34（01）.