張 霞

（浙江天川環(huán)?？萍加邢薰?浙江杭州 310015）

引言

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

1 催化臭氧氧化深度處理工業(yè)廢水技術(shù)的研究現(xiàn)狀

在利用催化臭氧技術(shù)對工業(yè)廢水進(jìn)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(jī)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(shù)的應(yīng)用范圍、提升工業(yè)廢水的處理效果。

1.1 催化劑類型的選用

在目前的工業(yè)廢水處理環(huán)節(jié)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(xué)結(jié)構(gòu)和作用機(jī)理的不同，又可以細(xì)分為許多種類。均相催化劑在使用過程中由于存在化學(xué)成分不穩(wěn)定、使用時限短、容易發(fā)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(guān)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(fù)載型催化劑。過渡金屬氧化物在耐酸、耐溶解等化學(xué)機(jī)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(fù)載型催化劑研究為主。負(fù)載型催化劑是建立在不同載體基礎(chǔ)之上的，在實際應(yīng)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(xué)載體[1]。在這些載體的選擇中，以活性炭載體應(yīng)用范圍最為廣泛，主要是由于其具有較為發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)和大比例的比表面積，從而能夠與各種活性成分進(jìn)行協(xié)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(jìn)行多方面的研究，綜合對生態(tài)環(huán)境的影響和經(jīng)濟(jì)成本等方面因素考慮，在實際應(yīng)用中，鐵和錳的應(yīng)用范圍更為廣泛。

1.2 催化臭氧技術(shù)的作用機(jī)理

（1）均相催化臭氧氧化的作用主要是通過有機(jī)物與過渡金屬之間發(fā)生離子反應(yīng)，從而生成絡(luò)合態(tài)物質(zhì)，其在臭氧的氧化作用下，進(jìn)一步分解成為不穩(wěn)定產(chǎn)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(xié)同輔助作用，強(qiáng)化臭氧氧化的效果，達(dá)到對工業(yè)廢水進(jìn)行處理的目的。

（2）對于非均相催化機(jī)理的研究，大多是建立在表面羥基機(jī)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(tài)，在整體反應(yīng)條件適合的情況下，水分子就會與Lewis 酸性位點發(fā)生化學(xué)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(tuán)，最終將臭氧吸附并擴(kuò)散至處理污水中與有機(jī)物發(fā)生氧化降解。活性炭的催化機(jī)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(yè)廢水的實踐應(yīng)用

2.1 應(yīng)用類型

目前在催化臭氧氧化技術(shù)應(yīng)用中，針對工業(yè)廢水的來源不同，其應(yīng)用主要集中在以下幾個方面：一是煤制氣工業(yè)工程中產(chǎn)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(yè)產(chǎn)生的工業(yè)廢水，其催化劑主要是負(fù)載陶粒和金屬氧化物；三是石化廢水，其催化劑主要是以負(fù)載型催化劑為主，類型有很多種；四是化工園區(qū)的綜合廢水，由于其廢水成分復(fù)雜多變，在實際應(yīng)用中，多是根據(jù)園區(qū)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)特點有針對性的選擇兩種或兩種以上的催化劑進(jìn)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(shù)的決定

在實際應(yīng)用過程中，必須根據(jù)工業(yè)廢水處理的需要，對各種參數(shù)進(jìn)行科學(xué)的調(diào)整，其主要的作用方面是pH 值的調(diào)整和臭氧投加量。pH 在工業(yè)廢水的臭氧氧化技術(shù)的應(yīng)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(dá)到轉(zhuǎn)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(dá)到平衡的狀態(tài)[2]。除此之外，由于工業(yè)廢水的處理是一個復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程，包括水溫和黏度等各方面的參數(shù)不同，也會對處理結(jié)果產(chǎn)生較大的影響。目前在實踐應(yīng)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(shù)的局限性

3.1 對礦化率的提升效果存在局限性

在當(dāng)前的實際工程應(yīng)用中，由于工業(yè)廢水類型的不同和催化劑類型等方面的技術(shù)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(shù)的推廣應(yīng)用產(chǎn)生了較強(qiáng)的局限作用，使得其整體工程應(yīng)用水平比較低。

3.2 重復(fù)利用效率不高

催化劑能否重復(fù)利用，直接決定了催化臭氧氧化技術(shù)在工程應(yīng)用中的成本大小。在實際應(yīng)用方面，催化劑的制備方式，決定了其自身的穩(wěn)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(yīng)次數(shù)的不斷增加而逐漸降低，從而降低工業(yè)廢水的處理效果，要持續(xù)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(yè)廢水具有多種類型，其pH 值也存在著不同數(shù)值。在酸性條件下，催化臭氧氧化技術(shù)的作用效果比較弱，對于呈現(xiàn)酸性的工業(yè)廢水，尤其是含有重金屬離子的強(qiáng)酸性工業(yè)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(shù)應(yīng)用，也存在著較大的局限性。

3.4 日常運維工作較為復(fù)雜

采用催化臭氧氧化技術(shù)對工業(yè)廢水進(jìn)行處理，是一種較為先進(jìn)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(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)變化，需要定期對填料進(jìn)行反沖洗。對于已經(jīng)無法作用的催化劑要及時進(jìn)行更換，以保證其廢水處理的效果。此外在反應(yīng)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(biāo)之一，在通過尾氣裝置進(jìn)行處理的過程中，還要加強(qiáng)對相關(guān)數(shù)據(jù)的監(jiān)測。

4 催化臭氧氧化深度處理工業(yè)廢水的應(yīng)用前景

雖然催化臭氧氧化技術(shù)在目前的工程應(yīng)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(guān)方面的深入研究，加強(qiáng)與相鄰技術(shù)方面的組合研究，改造企業(yè)運營中在治理設(shè)施，不斷提升其處理效果，在實際應(yīng)用方面還是存在著廣闊的市場前景。

結(jié)語

催化臭氧氧化技術(shù)在實際應(yīng)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(guān)的技術(shù)研究人員和從業(yè)人士來說，既是挑戰(zhàn)，也是良好的機(jī)遇。只有抓住這一時機(jī)，抓住重點進(jìn)行深入研究，才能在這一行業(yè)的發(fā)展中取得卓有成效的成就，為推動我國工業(yè)廢水處理行業(yè)做出較大的貢獻(xiàn)。