臭氧催化氧化技术在污水提标改造方面的应用

01技术应用背景

随着经济的快速发展和人们生活水平的不断提高，我国城市污水处理面临严峻挑战。早期建设的污水处理厂和污水处理设施由于设计处理能力不足、处理工艺落后，已经无法满足现有需求，严重影响了城镇化进程。针对这种情况，政府相继发布了《水十条》和《城市黑臭水体整治工作指南》，各地方政府也相继出台了污水处理厂污染物排放标准。新排放标准的发布使得现有的污水处理厂面临着提标改造的问题。目前市政污水处理厂的来水中也时常会混入一部分工业废水，使得原水组分比较复杂，难降解有机物含量较高，可生化性较差，这对污水处理厂CODCr达标造成很大的困难。尤其是水体中难降解的有毒有害有机物含量的增加，增大了对污水处理厂深度处理技术选择的难度，也对污水处理厂的提标改造工作影响很大。据此，需要采用比常规生化处理工艺更有效的处理技术。

02高级氧化技术的发展

近年来，高级氧化技术在污水处理厂的深度处理中的应用越来越多，常用到的技术包括Fenton试剂氧化技术、电催化氧化以及臭氧氧化技术等。其中，Fenton试剂氧化技术是在酸性条件下利用Fe2+催化H2O2产生氧化性强、无反应选择性的羟基自由基(·OH，氧化还原电位为2.80V)，它能将难降解有机物氧化成二氧化碳、水，或者将有毒有害物质氧化成无害的物质；但该技术的缺点是引入杂盐，反应条件苛刻，运营费用较高。电催化氧化技术在工程化的应用过程中，尚存在氧化降级效率较低、运行成本偏高的问题。在这些高级氧化技术中，值得一提的是臭氧氧化技术或臭氧催化氧化技术。臭氧氧化技术也是利用羟基自由基(·OH)去除废水中难降解有机物。臭氧在被发现之后的一百多年里主要用于水体消毒，直到1998年，日本首个臭氧深度处理污水厂示范工程开始运行。由于其清洁无污染、氧化效率高、操作简单等优点，已经成为去除废水中高稳定性、难降解有机物的关键技术之一，在污水处理厂提标改造废水深度处理过程中获得了越来越多的青睐。

03臭氧氧化技术研究进展

臭氧氧化技术臭氧作为一种强氧化剂，氧化电位为2.07V，仅次于氟和·OH，且反应后分解为氧气不产生二次污染。因此臭氧氧化处理工业废水在污水处理领域引起了众多研究者的追捧。国内学者利用臭氧对啤酒、印染、柠檬酸等行业废水进行深度处理，发现臭氧对色度去除率高达90%以上，而对CODCr去除率较低，在10%—20%。这是因为臭氧直接与有机物的反应选择性较强，在低浓度和短时间内，也不可能完全矿化污染物，且产生的中间产物会影响臭氧的进一步氧化，因此，为了提高臭氧利用效率，需要进行大量的改善或深入研究。臭氧催化氧化技术 臭氧催化剂氧化是目前研究最多的一种臭氧催化氧化技术，按照反应相态可以分为均相臭氧催化氧化和非均相臭氧催化氧化。非均相臭氧氧化技术是利用非均相催化剂，由于其易于回收且无二次污染等优点，是臭氧催化氧化技术的热门研究方向。由于臭氧催化氧化过程比较复杂，因此，如何针对性的选择合适的催化剂是臭氧催化氧化技术亟待解决的问题。其催化臭氧氧化的主要作用有两种：一是利用催化剂的吸附作用先吸附有机物至催化剂表面区域，增加臭氧与有机物接触机率；二是催化活化臭氧分子，提高臭氧分解产生·OH的速率，取得更好的氧化效果。

04海之岩臭氧催化剂

该催化剂以硅、铝、钛为载体，以多种稀土金属氧化物和过渡金属氧化物为催化组分，经过载体掺杂、挤压成型、混合浸渍、低温干燥、高温焙烧等工序精制而成，具有催化活性高、使用寿命长等特点，是臭氧催化氧化的理想催化剂。

其主要特点：

（1）载体制备采用复合多孔高强度硅铝钛，保证臭氧氧化催化剂的抗压强度，可有效减少催化剂流失率，提高催化剂的稳定性能。机械强度大，无损耗，无需定期投加。

（2）臭氧氧化催化剂比表面积大，处理废水通量大，增加废水与催化剂接触时间，减少占地面积。

（3）可根据水质水量的变化进行调节，适应能力强，耐冲击负荷能力强。

（4）能与其他技术（如BAF）相结合，进一步提高处理效果。

（5）多种催化剂组分，加强催化剂对不同废水的适应性的同时提高催化活性。

（6）可显著提高臭氧与污染物的反应速率与效率，降低臭氧投加量，有效降低处理成本。 臭氧催化剂主要用在多种难降解废水臭氧氧化工艺中作为固定床催化剂，能显著提高臭氧氧化效率。相同臭氧投加量条件下，使废水COD去除率提高60%以上，并提高废水的可生化性，出水BOD/COD值从0.1提高至0.35以上。

随着环保压力的增大，污水处理厂提标改造项目越来越多，常规的方法已经不能满足出水指标要求，未来污水处理厂的提标改造，将会越来越多的选择高级氧化技术作为提标改造的深度处理技术，臭氧催化氧化技术由于具备诸多的技术及工艺优势，将成为高级氧化技术产业化应用的典范。