臭氧催化氧化技術處理工業廢水中典型特征污染物的試驗研究

摘要：工業廢水通常含有多種典型特征污染物，可采用臭氧催化氧化技術進行處理。本文通過試驗研究均相和非均相耦合的臭氧催化氧化技術對不同有機物開環的影響，以篩選出具有普適性的耦合技術體系，得到最佳反應參數，為實際工業廢水處理提供參考。試驗結果表明，臭氧催化氧化技術可顯著提高工業廢水的污染物降解率，值得廣泛推廣和應用。

關鍵詞：臭氧催化氧化技術；工業廢水；處理；綠色清潔

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）03-00-04

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.03.007

Abstract： Industrial wastewater usually contains a variety of typical pollutants， which can be treated using ozone catalytic oxidation technology. In this paper， the effects of homogeneous and heterogeneous coupling ozone catalytic oxidation technology on ring opening of different organic compounds are studied through experiments， in order to screen out a universal coupling technology system and obtain the optimal reaction parameters， providing a reference for practical industrial wastewater treatment. The experimental results show that the ozone catalytic oxidation technology can significantly improve the pollutant degradation rate of industrial wastewater， and is worthy of wide promotion and application.

Keywords： ozone catalytic oxidation technology; industrial wastewater; treatment; green and clean

工業廢水處理中，臭氧催化氧化技術的處理效果、運行成本受到廢水水質和工藝條件的綜合影響。工藝條件方面，影響因素包括催化劑種類、催化劑數量、水溫和廢水pH等[1-3]。通常，工業廢水不僅含有HCO3-、CO32-等羥基自由基（·OH）的猝滅劑，還含有路易斯堿性質的無機陰離子，因·OH的親電反應特性，污染物競爭機制導致某些特征污染物降解率低[4-5]。傳統的臭氧催化氧化技術需要進行耦合，發揮其綠色清潔的技術特點，滿足工業廢水的深度處理要求。

1 試驗流程

1.1 試驗方法

傳統的臭氧催化氧化技術氧化不徹底，運行成本高，耐沖擊能力差。均相與非均相耦合的新型臭氧催化氧化技術彌補了其缺陷，可以有效去除工業廢水中難生物降解污染物。試驗期間，定量的氧化劑與工業廢水充分混合，然后泵入臭氧催化氧化塔進行氧化反應，出水進行檢測分析，尾氣經處理后排空。主要工藝參數如表1所示。

1.2 試驗廢水

選擇苯酚、苯胺、苯甲酸鈉、2-氯苯甲酰胺、1-甲基-2-吡咯烷酮作為原料，配制模擬工業廢水進行試驗。其中，模擬工業廢水的化學需氧量（COD）為300～700 mg/L。

2 結果與討論

2.1 苯酚模擬廢水催化氧化試驗

苯酚模擬廢水的COD濃度為515 mg/L，總有機碳（TOC）濃度為185.5 mg/L，臭氧流量為3 g/h，反應時間為60 min，使用不同類型的耦合技術體系對其進行處理，試驗結果如圖1、圖2所示。

由圖1、圖2可知，5種耦合技術體系對苯酚的去除均有明顯效果，高鐵酸鉀在TOC去除方面表現出最佳的催化活性，雙氧水在COD去除方面表現出最佳的催化活性，耦合技術體系對苯酚模擬廢水的氧化降解效果較好。由水中有機物在254 nm波長紫外光下的吸光度（UV254）可知，原水中不飽和鍵被大幅破壞。

2.2 苯胺模擬廢水催化氧化試驗

苯胺模擬廢水的COD濃度為727.2 mg/L，TOC濃度為357 mg/L，TN濃度為71 mg/L，臭氧流量為3 g/h，反應溫度為室溫，反應時間為60 min，使用不同類型的耦合技術體系對其進行處理，試驗結果如圖3、圖4所示。由圖3、圖4可知，臭氧催化氧化技術對苯胺模擬廢水具有一定的氧化能力，5種耦合技術體系均可使得苯胺模擬廢水的COD去除率大于85%，出水COD小于100 mg/L，模擬廢水的TN也有一定去除，經初步推斷，苯胺氧化后，氨基（-NH2）從苯環上斷鍵，同時吹脫使得廢水TN減少。由UV254數據可知，原水中不飽和鍵被大幅破壞，耦合技術體系對苯胺模擬廢水中苯環基團的開環作用明顯。苯胺模擬廢水中-NH2使苯環的特征吸收峰發生紅移，經臭氧催化氧化處理后，苯胺苯環結構得到有效破壞。

2.3 苯甲酸鈉模擬廢水催化氧化試驗

苯甲酸鈉模擬廢水的COD濃度為507 mg/L，TOC濃度為141.6 mg/L，臭氧流量為3 g/h，反應溫度為室溫，反應時間為60 min，使用不同類型的耦合技術體系對其進行處理，試驗結果如圖5、圖6所示。

由圖5、圖6可見，高鐵酸鉀及雙氧在苯甲酸鈉去除方面具有最佳的催化活性，COD去除率可超過85%，出水COD可達56.7 mg/L。由UV254數據可知，原水中不飽和鍵被大幅破壞，耦合技術體系對苯甲酸鈉模擬廢水中苯環基團的開環作用明顯。苯甲酸鈉原水經臭氧催化氧化處理后，其吸收峰明顯降低，苯環及羧基的氧化效果明顯。

2.4 2-氯苯甲酰胺模擬廢水催化氧化試驗

2-氯苯甲酰胺模擬廢水的COD濃度為700 mg/L，TOC濃度為190.5 mg/L，TN濃度為34.4 mg/L，臭氧流量為3 g/h，反應溫度為室溫，反應時間為60 min，使用不同類型的耦合技術體系對其進行處理，試驗結果如圖7、圖8所示。由圖7、圖8可知，5種耦合技術體系對2-氯苯甲酰胺模擬廢水都具備顯著的處理效果，經臭氧催化氧化處理，COD得到有效去除。

2.5 1-甲基-2-吡咯烷酮模擬廢水催化氧化試驗

1-甲基-2-吡咯烷酮模擬廢水的COD濃度為328 mg/L，TOC濃度為120 mg/L，TN濃度為21 mg/L，臭氧流量為3 g/h，反應溫度為室溫，反應時間分別為30 min和60 min，使用不同類型的耦合技術體系對其進行處理，試驗結果如圖9、圖10所示。由圖9、圖10可知，臭氧催化氧化可以顯著提高有機物去除率，高鐵酸鉀及雙氧水具有較好的催化活性，可將COD去除率提高至65%，催化劑的加入能促進臭氧分解更多的·OH，提高氧化效率。

3 結論

本文通過試驗研究均相和非均相耦合的臭氧催化氧化技術對不同有機物開環的影響，以篩選出具有普適性的耦合技術體系，得到最佳反應參數，推進工業廢水處理。試驗結果表明，臭氧催化氧化技術可顯著提高工業廢水的污染物降解率，高鐵酸鉀和雙氧水對多種特征污染物表現出較好的降解能力，具有普適性。

參考文獻

1 莊海峰，黃海麗，徐科龍，等.非均相催化臭氧氧化深度處理造紙廢水的性能[J].工業水處理，2017（6）：30-34.

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3 陳 琳，劉國光，呂文英.臭氧氧化技術發展前瞻[J].環境科學與技術，2004（1）：143-145.

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