臭氧氧化技術處理工業廢水

王時燦

（武漢工程大學 化學與環境工程學院，湖北 武漢430205）

1 概述

隨著工業的迅猛發展，企業所排放的復雜有機物的種類和數量逐漸增多，水環境狀況十分令人擔憂。習近平總書記多次強調，“綠水青山就是金山銀山”，因此，加強水環境綜合治理是當前核心任務之一。

目前廢水的處理普遍采用生物方法，但是很多高穩定性、難降解的污染物用生物處理法難以去除，因此，運用更有效的非生物技術- 臭氧氧化技術處理上述污染物是至關重要的。近十年來，臭氧氧化技術不再是單一地應用于廢水處理，單一的臭氧氧化技術局限諸多，一是臭氧無法氧化諸如氯仿類的難降解有機物；二是單一的臭氧氧化技術無法將難降解大分子有機物完全氧化成小分子的二氧化碳和水。因此，許多國內外學者研究了臭氧聯用工藝。除此之外，催化臭氧氧化工藝陸續應用于硝基苯、滲濾液等處理中。

2 臭氧氧化機理

溶解在水中的臭氧氧化機理[1]如下：①直接臭氧氧化機理，廢水中的污染物直接與臭氧發生反應，反應速度較緩慢，有明顯選擇性；②間接臭氧氧化機理，臭氧在水中分解成強氧化性的?OH（E=2.8V），間接地氧化水中的污染物，反應速度非常快，且沒有選擇性，反應較直接氧化更強烈，可引發鏈反應，增加許多有機物極性，提高可生化性。

3 臭氧氧化聯合工藝

目前，常用的聯用工藝有以下9 種：活性炭- 臭氧氧化工藝；氣浮- 生物接觸氧化- 臭氧氧化工藝；臭氧氧化-BAF（Biological Aerated Filter）工藝；臭氧-A2O/AO 工藝；臭氧氧化-MBR（Membrane biological reactor）工藝；絮凝沉淀- 臭氧氧化工藝；混凝- 生物接觸氧化- 臭氧氧化工藝；三效蒸發- 臭氧氧化- 生化工藝；臭氧氧化- 超聲波工藝。

3.1 臭氧氧化- 超聲波工藝

超聲波與臭氧的協同作用主要表現在超聲波的空化與機械兩方面的效應增加了臭氧的傳質和分解作用，從而提高了間接臭氧氧化速率。國內外有許多研究者研究了臭氧氧化- 超聲波聯用工藝對廢水的處理。Kang 與Hoffmann 研究了臭氧與超聲對MTBE 的聯合作用，發現MTEB 的降解速率增加了一倍，中間產物的產率降至一般工藝的10%左右。Naffrechoux 等發現了臭氧與超聲聯用工藝能大幅度降解廢水中的苯酚類物質。郭等人發現臭氧超聲聯用工藝增強了脫色染料廢水中的臭氧過程，對染料廢水中難去除的孔雀石綠有良好的去除效率。楊等人開發了一個組合過程，過程如下：原水→三個超聲波絮凝器電泳一個浮選裝置→連續自動反沖洗砂過濾器→超聲波發生器臭氧發生器→出水，該工藝應用于勝利油田含油污水處理，取得了良好的效果。胡文榮等人將臭氧與超聲聯用于對偶氮染料偶氮胂的脫色研究，發現單獨的超聲處理并不能有效地去除偶氮胂，即無脫色作用。但是臭氧與超聲聯用，脫色率可達到90%。

3.2 臭氧氧化-BAF 工藝

王等人應用臭氧-BAF 工藝處理含油廢水，運行結果表明，在最佳運行條件下，采用臭氧化和生物曝氣沸石一系列工藝改善了出水水質[2]，氨氮的去除率接近100%。出水的COD 和氨氮達到地表水環境標準水的I 級，油的含量達到IV 級。由此可證明利用臭氧氧化-BAF 工藝處理含油廢水在技術上是可行的。對于低溫高濃度苯酚廢水，張蘭河等人采用臭氧氧化- 曝氣生物濾池聯合工藝處理[3]，實驗結果表明：臭氧氧化后的廢水經調節pH 至中性后進入BAF，經BAF 處理后的出水苯酚質量濃度小于0.5 mg/L，該工藝操作簡單，處理效果好且穩定，出水水質達到GB8978-1996《污水綜合排放標準》。劉立國等人選擇臭氧氧化- 水解酸化-AO 池- 混凝沉淀池- 臭氧氧化-BAF 組合工藝處理湖北某醫藥工業園區污水[4]，醫藥污水以可生化性差、含鹽量高、含難降解有毒有機物為特點，此實踐工藝表明，該系統能夠穩定運行，操作較為簡單，且出水水質能夠滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）的一級B 標準的要求。

3.3 三效蒸發器- 臭氧氧化- 生化工藝

香料生產廢水主要來源于工藝排水、洗釜用水、地面沖洗水等，廢水以污染物濃度高、水質波動大、污水成分復雜等為特點，其中COD 濃度在10000mg/L 以上，BOD5在2000～8000mg/L左右。此外，廢水中含有大量芳香烴化合物及其衍生物，其中還包括多種有毒有害物質如苯酚、甲苯、甲醛、蒽、醌等，給廢水處理站穩定達標排放造成了很大的困難。國內有許多處理香料的生產工藝，例如預處理+芬頓+兩相厭氧+兩級A/O+深度處理工藝等，但效果都不是太理想。董慶華等人采用三效蒸發除鹽- 臭氧氧化- 活性炭吸附- 生物接觸氧化- 曝氣生物濾池工藝處理某企業高鹽分、高色度的香料生產廢水，經過半年左右的試運行，工程驗收監測結果顯示出水水質能夠達到地方行業標準[5]。

3.4 其他工藝

國內外學術者研究了多種臭氧氧化聯用工藝處理難降解性的有機廢水和高鹽重金屬廢水。近些年來，印染廢水處理技術中，混凝法只適用于疏水性物質的去除，作為高級氧化技術之一的臭氧氧化在印染廢水處理中占有極其重要的地位。曾滔等人[6]采用臭氧氧化技術對制藥廢水進行預處理，以水解酸化-厭氧消化-A/O 為核心工藝處理制藥廢水，運行實踐表明，COD的去除率超過90%，出水水質完全滿足浙江當地污水處理廠的進水納管標準。王娟等人[7]表明運用混凝沉淀- 臭氧氧化工藝處理印染常二級生化出水，能夠使使印染廢水達標排放，且說明這是一種較優工藝。

4 催化臭氧氧化工藝

催化臭氧氧化法主要包括光催化臭氧氧化、均相催化臭氧化和非均相催化臭氧化。對光催化臭氧氧化的研究，國內外的研究者把重心主要放在了催化材料上，創造了各種不同的效果極佳的催化劑。多篇文獻報道，光催化臭氧氧化對極難降解的物質氯仿、硝基苯和芳香烴類化合物有很好地降解效率。均相催化臭氧化和非均相催化臭氧化主要是研究催化加的負載載體。

5 結論

臭氧氧化技術對水中污染物的降解效率高，且幾乎不存在二次污染，其在工業廢水的處理中的發展前景廣闊。但目前已研發并成功應用于廢水處理的臭氧發生器的電耗相對較高，所以研發高效低耗的臭氧發生器刻不容緩。此外，仍需要加強對接觸設備和氣水接觸方式機理的研究，提高臭氧的利用率。隨著研究的不斷進行，臭氧氧化技術將會取得突破性的進展。