_废水深度处理中的催化臭氧技术应用 (1)

《资源节约与环保》2018年第8期摘要：催化臭氧氧化技术将臭氧的强氧化性和催化剂的吸附、催化特性结合起来产生氧化性更强的羟基自由基（-OH），能较为有效地解决有机物降解不完全的问题。本文以臭氧的催化氧化技术为研究对象，分别从催化氧化技术的原理、催化剂的类型与选择、废水的臭氧预处理以及深处理等方面进行论述，为催化臭氧技术的推广起到了积极作用。关键词：催化臭氧；废水；处理引言催化臭氧氧化技术是在臭氧高氧化技术的基础上发展而来的，按照催化剂可以分为均相催化臭氧氧化与非均相催化臭氧氧化。均相催化反应的催化剂均匀展布，具有较高催化活性，明确的作用机制，容易掌握控制[1]。需要指出的是，其缺点也较为突出，催化剂易溶于水，容易流失、回收困难，导致二次污染发生，成本花费较高。而非均相催化臭氧氧化则在常压下采用固体催化剂处于液相或气相下氧化过程，催化剂呈固态，与水易分离，不产生二次污染，使得处理流程得到简化，其在各类污水处理领域的应用前景十分广泛。1催化臭氧技术原理溶解性臭氧可以与不易生化降解的化合物发生反应。在水中，臭氧主要发生两个反应过程，其一是直接反应即臭氧直接氧化有机污染物，其二是间接反应即臭氧分解产生的羟基自由基与有机污染物过程。催化臭氧氧化技术的机理普遍认为是吸附到催化剂表面上的溶解性臭氧不断分解产生具有强氧化性的自由基，产生的自由基可以在催化剂表面和溶液中引发自由基链式反应，将有机物不断地氧化分解，同时又有新的臭氧在催化剂表面吸附并分解转化为自由基，整个过程不断循环，最终实现有机物彻底氧化分解成可生化利用的小分子有机物或者直接氧化成CO2和H2O。污水处理中所采用的催化臭氧技术流程如图1所示。图1催化臭氧技术污水处理流程图2催化剂分类非均相催化臭氧氧化技术的关键核心在于催化剂的研发制备，主要包括催化剂载体和活性组分。催化剂的载体需要具备较大的比表面积提供氧化反应的场所，稳定的物理化学性质等特点。常见的催化剂载体有氧化铝、活性炭、沸石、陶粒等。催化剂活性组分是促进臭氧分解产生羟基自由基的关键，通常选用一些过渡金属和金属氧化物作为活性组分。2.1贵金属类催化剂这是一种将贵金属Au、Ag、Pt、Pd、Rh等贵金属作为活性组分负载在载体上制备而成，具有良好催化性能的催化剂。但其成本也较为昂贵。采用将含量在0.0024%~0.47%的Pt，0.038%~0.75%的Pd负载到Al2O3上制得催化剂。Pt由H2PtC16·6H20得到，Pd由PdCl2得到，Al2O3由A1溶胶得到。当浓度为0.5mg/m3，空速为5000h-1时，分解822h臭氧分解率为100%。Pt，Re之比为2~10:1。当浓度为10mg/m时，在20℃下分解24h催化剂的臭氧分解率为81%[1]。2.2过渡金属类催化剂贵金属氧化物作为臭氧分解活性物质，价格昂贵不适合工业化生产。从经济方便、适用的角度出发，Fe作为最常见的金属元素，可以作为催化剂的活性组分，FeOOH有利于臭氧的分解和-OH的生成。在pH为7时，催化作用并不明显，但是具有较高的TOC去除率，这可能是由于FeOOH的表面有负电的Fe-O2-基团影响表面羟基反应，进而影响臭氧分解。近年来。即采用MnO2作为骨架的凹凸表面呈网状的活性催化剂[2]。Mn元素的多种氧化价态，Mn2+和Mn4+之间存在Mn2+/Mn3+和Mn3+/Mn4+两种转换模式，更好的促进了晶格O原子的移动，有利于电子的转移，促进OH-的产生。研究中指出，MnO2原位产生催化活性，表面的羟基官能团和和带负电的羟基引发链式反应，臭氧分解产生高氧化性的OH-或者其他自由基。2.3掺杂性催化剂基于Mn负载的催化剂的高活性，Mn掺杂其他金属元素混合氧化物同样具有良好的催化活性，目前已经应用消除汽车尾气、挥发性有机化合物和氮氧化物的反应的催化剂。有研究通过浸渍法将多种催化剂负载在具有较高稳定性和一定催化性能的γ-Al2O3上制备而成催化臭氧氧化的催化剂。发现该种催化剂相比与单组分催化剂具有更好的催化臭氧氧化效果，可以将水中的持久性有机污染物更加快速有效的分解，提高废水的可生化性。制备催化剂用于催化臭氧氧化处理蒽醌染料废水，反应10min即可实现完全脱色，通过处理后大分子蒽醌染料大部分被矿化为CO2和水[3]。3预臭氧处理预臭氧处理主要以助凝为目的，在特殊情况下需要对藻类、废水深度处理中的催化臭氧技术应用孟志国1徐晓晨2陈捷2杨凤林2（1东旭蓝天新能源股份有限公司北京1000362大连理工大学辽宁大连116024）79《资源节约与环保》2018年第8期废水的色度及有机污染物进行强化处理，一般臭氧投量为0.2~2.0mg/L[4]。臭氧预氧化处理原理来看，臭氧主要是对分子质量大的疏水性有机物进行氧化攻击达到控制消毒副产物前体物。分子质量较大的有机物大多拥