《中国资源综合利用》杂志范文-臭氧催化氧化强化技术处理典型特征污染物的研究

摘要：研究探索了均相氧化和非均相耦合的臭氧催化氧化强化工艺对苯系物、酚类、多环芳烃、有机酸等开环的影响，该强化技术体系可显著提高污染物降解率,筛选出具有普适性的强化耦合技术体系，得到最佳反应参数，为实际现场处理工程技术提升提供一定参考价值和指导意义。

关键词：臭氧催化氧化强化技术 工业废水 绿色清洁工艺

催化臭氧氧化的处理效果、运行成本受到废水水质特点和工艺条件的综合影响，工艺条件方面的影响因素包括［1，2］：催化剂的种类、催化剂数量、水温、pH 等。水质组成的影响因素包括：废水中含有HCO3￣、CO32-等·OH猝灭剂、更强的路易斯碱性质的无机阴离子，以及因羟基自由基的亲电子云反应特性，污染物竞争机制导致某些特征污染物降解效率低。传统的臭氧催化氧化技术需要科学的强化耦合技术，在发挥其清洁绿色的技术特点基础上，满足更高的深度处理出水管理要求。

1 工艺流程及工艺参数

均相氧化体系与非均相臭氧催化氧化耦合技术，结合宏观的传质动力和微观的分子运动的协同设计了强化臭氧催化氧化工艺，解决传统臭氧技术氧化不彻底、运行成本高、耐冲击能力差等技术问题，从而实现复杂有机废水中高低浓度难生物降解污染物的有效分解及去除。定量的氧化剂与废水经过充分混合后，泵入臭氧催化氧化塔进行耦合氧化反应，出水进行分析检测，尾气经分解后排空。

表1工艺主要参数

Table 1 main process parameters

序号 均相氧化体系组成 投加量（mg/L） 反应时间min 初始pH 臭氧催化剂

0 高铁酸钾 0.02 60 8 铝基纳米催化剂

1 双氧水 0.15 60 8 铝基纳米催化剂

2 过硫酸钾 0.02 60 8 铝基纳米催化剂

3 次氯酸钠 0.15 60 8 铝基纳米催化剂

4 二氧化氯 0.15 60 8 铝基纳米催化剂

2试验废水

选择苯酚、苯胺、苯甲酸钠、邻苯二甲醛、3,5-二羟基苯甲酸、2-氯苯甲酰胺、1-苯基-3-甲基-5-吡唑啉酮、1-甲基-2-吡咯烷酮为原料，进行模拟配水实验，配置溶液COD300～700mg/L。

3结果与讨论

3.1苯酚降解实验研究

配制苯酚废水浓度为515mg/L,TOC185.5mg/L,臭氧流量为３g/h,反应时间６０min,使用不同类型耦合强化体系反应，实验结果如下所示。

图

图2 进出水数据分析 图3 特征污染物紫外谱图

Fig. 2 data of inlet and outlet wate Fig. 3 UV spectrum of characteristic pollutant

由图表可知，五种氧化耦合体系对于苯酚的去除均有明显效果，在TOC去除方面高铁酸钾催化剂表现出最佳的催化活性，双氧水在COD去除方面效果最佳，强化耦合氧化对于苯酚模拟废水得氧化降解性能较好。由UV254数据观察可知，原水中不饱和键被大幅破坏。

3.2苯胺模拟废水催化氧化实验

配制苯胺废水浓度为727.2mg/L,TOC357mg/L，TN71mg/L,臭氧流量为３g/h，反应温度为室温，反应时间６０min,使用不同类型氧化耦合体系，实验结果如下所示。

图4 进出水数据分析 图5特征污染物紫外谱图

Fig. 4data of inlet and outlet wate Fig. 5 UV spectrum of characteristic pollutant

由图表可知，催化臭氧氧化技术对苯胺模拟废水具有一定得氧化能力，应用这五种氧化耦合体系均可使得苯胺模拟废水的COD去除率达到85%以上，出水COD可达100mg/L以下对于模拟废水的TN也有一定去除率，初步推断苯胺经氧化后-NH2从苯环上断键，同时由于吹脱，使得废水得总氮降低。由UV254数据观察可知，原水中不饱和键被大幅破坏，耦合氧化体系对于苯胺模拟废水中苯环基团开环作用明显。由数据可以看出，苯胺模拟废水中-NH2使苯环的特征吸收峰发生红移，经催化臭氧氧化处理后，苯胺苯环结构得到有效破坏，苯胺经氧化后-NH2从苯环上断键，由于吹脱作用等到了去除

3.3苯甲酸钠模拟废水催化氧化实验

配制苯甲酸钠废水浓度为507.6mg/L,TOC141.6mg/L，臭氧流量为３g/h，反应温度为室温，反应时间60min,使用不同氧化耦合体系，实验结果如下所示。

图6进出水数据分析 图7特征污染物紫外谱图

Fig. 6 data of inlet and outlet wate Fig. 7UV spectrum of characteristic pollutant

由图表可见，高铁酸钾及双氧水对于苯甲酸钠的去除具有最佳的催化活性，COD去除率可达85%以上， 出水COD可达56.7mg/L。由UV254数据观察可知，原水中不饱和键被大幅破坏，氧化耦合体系对于苯甲酸钠模拟废水中苯环基团开环作用明显。苯甲酸钠原水经催化臭氧氧化强化处理后，其吸收峰明显降低，对于苯环及羧基的氧化效果明显。

3. 4 2-氯苯甲酰胺模拟废水催化氧化实验

配制2-氯苯甲酰胺模拟废水浓度为700mg/L,TOC190.5mg/L，TN34.4，臭氧流量为３g/h，反应温度为室温，反应时间６０min，使用不同类型催化剂，实验结果如下所示。

图8进出水去除率分析 图9 进出水数据分析

Fig.8 Analysis on removal rate of inlet and outlet water Fig. 9 data of inlet and outlet wate

由图表可知，这五种氧化剂体系与臭氧催化氧化技术耦合都具备显著的强化效果，尤其1号与3号催化剂，COD去除率可达92%以上，催化臭氧氧化强化技术对于2-氯苯甲酰胺类模拟废水由很好的处理效果。

1.5 1-甲基-2-吡咯烷酮模拟废水催化氧化实验

配制1-甲基-2-吡咯烷酮模拟废水浓度为328mg/L,TOC120mg/L，TN21mg/L，臭氧流量为３ｇ／ｈ,反应温度为室温，反应时间30min及60min,使用不同类型催化剂，实验结果如下所示。

图10 进出水去除率分析 图11 进出水数据分析

Fig. 10 Analysis on removal rate of inlet and outlet water Fig. 11 data of inlet and outlet wate

由图表可知，强化催化臭氧氧化可以显著提高有机物去除率，高铁酸钾及双氧水具有较好的催化活性，可将COD去除率提高至65%，氧化剂的加入能促进臭氧分解更多的羟基自由基，提高氧化效率。

4结论

本研究探索了均相氧化和非均相臭氧催化氧化耦合的臭氧催化氧化强化系统对苯系物、酚类、多环芳烃、有机酸等开环的影响，实验结果表明，该强化技术体系可显著提高污染物降解率，且高铁酸钾和双氧水体系对实验的全部特征污染物都表现出较好的降解特性，具有普适性。

参考文献

[1]非均相催化臭氧氧化深度处理造纸废水的性能[J]. 庄海峰,黄海丽,徐科龙,张云金,袁小利,韩洪军. 工业水处理. 2017(06)

[2]催化臭氧氧化技术处理工业废水的研究进展[J]. 王若男. 建筑与预算. 2020(08)

[3臭氧氧化技术及其在水处理中的应用[J]. 李昂,李燕,孙少龙. 中国资源综合利用. 2013(09)

[4]臭氧氧化技术发展前瞻[J]. 陈琳,刘国光,吕文英. 环境科学与技术. 2004(S1)

[5]臭氧氧化技术在水处理中的应用研究[J]. 牟洁. 环境与发展. 2018(01)

[6]臭氧技术及应用[M]. 化学工业出版社 , 储金宇等编, 2002

作者简介：刘艳 女 1982年出生 、籍贯黑龙江省绥化市，硕士研究生，高级工程师，从事复杂工业废水治理技术开发及工程化研究工作，擅长高级氧化技术、萃取技术、高效分离技术等技术领域。电话：15502616838 ，信箱 ：liuyan9123@sina.com