催化臭氧氧化深度處理工業廢水的研究及應用

張 霞

（浙江天川環保科技有限公司 浙江杭州 310015）

引言

雖然在國家的嚴格要求和科學治理下，我國的工業廢水排放總量呈現逐年遞減的形式，但是就其總量而言，仍在環境污染源中占有較大的比例，在當前的污染治理工作中，占有重要的地位。工業廢水排放問題治理的難題之一，是對廢水中的有機污染物進行有效的降解。在這方面采用臭氧氧化技術，效果比較明顯并且工藝流程相對簡單，強化在這方面的研究，對于工業廢水的處理和環保工作的開展，能夠產生較好的指導作用。

1 催化臭氧氧化深度處理工業廢水技術的研究現狀

在利用催化臭氧技術對工業廢水進行處理時，其研究的核心問題主要集中在催化劑的選用、臭氧氧化的作用機理兩個方面。做好這兩個方面的研究可以提升催化臭氧技術的應用范圍、提升工業廢水的處理效果。

1.1 催化劑類型的選用

在目前的工業廢水處理環節中，所使用的催化劑類型分為均相催化劑和非均相催化劑兩種，由于其化學結構和作用機理的不同，又可以細分為許多種類。均相催化劑在使用過程中由于存在化學成分不穩定、使用時限短、容易發生再次污染等各種缺陷，在實際使用中推廣力度不大，因而相關的研究比例也比較低。對于非均相催化劑，目前的研究主要集中在兩個方面，一是過渡金屬氧化物；二是負載型催化劑。過渡金屬氧化物在耐酸、耐溶解等化學機理方面同樣存在著諸多無法解決的問題，因而在實際研究中，主要是負載型催化劑研究為主。負載型催化劑是建立在不同載體基礎之上的，在實際應用過程中，主要的載體類型包括活性炭、氧化鋁和陶粒，此外還包括一些新型的化學載體[1]。在這些載體的選擇中，以活性炭載體應用范圍最為廣泛，主要是由于其具有較為發達的孔隙結構和大比例的比表面積，從而能夠與各種活性成分進行協同催化。在以過渡金屬為主的非均相催化劑研究方面，目前主要集中在錳、鐵、銅三種金屬的研究上，通過對這些金屬進行多方面的研究，綜合對生態環境的影響和經濟成本等方面因素考慮，在實際應用中，鐵和錳的應用范圍更為廣泛。

1.2 催化臭氧技術的作用機理

（1）均相催化臭氧氧化的作用主要是通過有機物與過渡金屬之間發生離子反應，從而生成絡合態物質，其在臭氧的氧化作用下，進一步分解成為不穩定產物，然后被水中的氧原子、臭氧原子及氫氧化合物徹底礦化。此外還可以利用紫外光、超聲波和電場等不同的協同輔助作用，強化臭氧氧化的效果，達到對工業廢水進行處理的目的。

（2）對于非均相催化機理的研究，大多是建立在表面羥基機理的研究之上。催化劑的活性組分主要是以過渡金屬氧化物為主，其配位會處于不飽和狀態，在整體反應條件適合的情況下，水分子就會與Lewis 酸性位點發生化學吸附和配位交換，然后在非均相催化劑的表層形成羥基基團，最終將臭氧吸附并擴散至處理污水中與有機物發生氧化降解。活性炭的催化機理與此較為類似，并且其礦化效果更為明顯。

2 催化臭氧氧化處理工業廢水的實踐應用

2.1 應用類型

目前在催化臭氧氧化技術應用中，針對工業廢水的來源不同，其應用主要集中在以下幾個方面：一是煤制氣工業工程中產生的廢水，其催化劑主要是采用污泥基的活性炭和鐵錳化合物；二是印刷染色等行業產生的工業廢水，其催化劑主要是負載陶粒和金屬氧化物；三是石化廢水，其催化劑主要是以負載型催化劑為主，類型有很多種；四是化工園區的綜合廢水，由于其廢水成分復雜多變，在實際應用中，多是根據園區的產業結構特點有針對性的選擇兩種或兩種以上的催化劑進行組合處理。在實際運營過程中，針對不同的廢水類型，所需要的工況類型有所不同，其處理效率也存在較大差異。

2.2 運行參數的決定

在實際應用過程中，必須根據工業廢水處理的需要，對各種參數進行科學的調整，其主要的作用方面是pH 值的調整和臭氧投加量。pH 在工業廢水的臭氧氧化技術的應用中，對催化效率的高低，起著直接的決定作用。但是這一決定作用并不意味著pH 值越高，其處理效果就越好，而是隨著pH 的增高，效率逐漸增高，在達到轉折點的情況下，效率反而會逐漸降低。而臭氧投加量的增加對于礦化效果的作用，同樣存在逐步增高最終達到平衡的狀態[2]。除此之外，由于工業廢水的處理是一個復雜的化學反應過程，包括水溫和黏度等各方面的參數不同，也會對處理結果產生較大的影響。目前在實踐應用中，這方面的理論研究方面還存在較多的不足。

3 催化臭氧氧化技術的局限性

3.1 對礦化率的提升效果存在局限性

在當前的實際工程應用中，由于工業廢水類型的不同和催化劑類型等方面的技術限制，整體的催化臭氧的礦化提升率與實際要求之間存在較大的差異，一般情況下其提升率只有10%-30%左右。較低的提升效率，對于催化臭氧技術的推廣應用產生了較強的局限作用，使得其整體工程應用水平比較低。

3.2 重復利用效率不高

催化劑能否重復利用，直接決定了催化臭氧氧化技術在工程應用中的成本大小。在實際應用方面，催化劑的制備方式，決定了其自身的穩定程度。無論采用何種制備方式，催化劑的活性都會隨著反應次數的不斷增加而逐漸降低，從而降低工業廢水的處理效果，要持續性的保持催化臭氧氧化的效果，必須加大資金投入，提高整體運營成本。

3.3 pH 值影響作用比較明顯

由于工業廢水具有多種類型，其pH 值也存在著不同數值。在酸性條件下，催化臭氧氧化技術的作用效果比較弱，對于呈現酸性的工業廢水，尤其是含有重金屬離子的強酸性工業廢水，不僅要考慮其作用效果的大小，還要考慮在處理過程中金屬離子的溢出問題[3]。因此在這方面催化臭氧氧化技術應用，也存在著較大的局限性。

3.4 日常運維工作較為復雜

采用催化臭氧氧化技術對工業廢水進行處理，是一種較為先進的處理理念，但是在實際運營過程中，由于工藝水平的限制和化學反應中產生的化學物質變化，需要定期對填料進行反沖洗。對于已經無法作用的催化劑要及時進行更換，以保證其廢水處理的效果。此外在反應池中還會排出較多的臭氧尾氣，這也是大氣污染控制的主要指標之一，在通過尾氣裝置進行處理的過程中，還要加強對相關數據的監測。

4 催化臭氧氧化深度處理工業廢水的應用前景

雖然催化臭氧氧化技術在目前的工程應用中，還存在著較多的局限，其工藝水平也有待提高，但是通過相關方面的深入研究，加強與相鄰技術方面的組合研究，改造企業運營中在治理設施，不斷提升其處理效果，在實際應用方面還是存在著廣闊的市場前景。

結語

催化臭氧氧化技術在實際應用過程中，存在著較多的局限性，同時又有著廣闊的市場前景，這對于相關的技術研究人員和從業人士來說，既是挑戰，也是良好的機遇。只有抓住這一時機，抓住重點進行深入研究，才能在這一行業的發展中取得卓有成效的成就，為推動我國工業廢水處理行業做出較大的貢獻。