臭氧催化氧化技術(shù)是基于臭氧的高級氧化技術(shù),它將臭氧的強氧化性和催化劑的吸附、催化特性結(jié)合起來,能較為有效地解決有機物降解不完全的問題。臭氧催化氧化按催化劑的相態(tài)分為均相催化臭氧化和多相催化臭氧化,在均相催化臭氧化技術(shù)中,催化劑分布均勻且催化活性高,作用機理清楚,易于研究和把握。
多相催化臭氧化法利用固體催化劑在常壓下加速液相(或氣相)的氧化反應(yīng),催化劑以固態(tài)存在,易于與水分離,二次污染少,簡化了處理流程,因而越來越引起人們的廣泛重視。
發(fā)展簡史:
1783年M.范馬倫發(fā)現(xiàn)臭氧;1886年法國的M.梅里唐發(fā)現(xiàn)臭氧有殺菌性能;1891年德國的西門子和哈爾斯克用放電原理制成臭氧發(fā)生裝置;1908年在法國尼斯分別建造了用臭氧消毒自來水的試驗裝置。50年代臭氧氧化法開始用于城市污水和工業(yè)廢水處理;70年代臭氧氧化法和活性炭等處理技術(shù)相結(jié)合,成為污水高級處理和飲用水除去化學(xué)污染物的主要手段之一。
催化劑:
對于臭氧催化氧化技術(shù),固體催化劑的選擇是該技術(shù)是否具有高效氧化效能的關(guān)鍵。研究發(fā)現(xiàn),多相催化劑主要有三種作用。
1、吸附有機物,對那些吸附容量比較大的催化劑,當(dāng)水與催化劑接觸時,水中的有機物首先被吸附在這些催化劑表面,形成有親和性的表面螯合物,使臭氧氧化更高效。
2、催化活化臭氧分子,這類催化劑具有高效催化活性,能有效催化活化臭氧分子,臭氧分子在這類催化劑的作用下易于分解產(chǎn)生如羥基自由基之類有高氧化性的自由基,從而提高臭氧的氧化效率。
3、吸附和活化協(xié)同作用,這類催化劑既能高效吸附水中有機污染物,同時又能催化活化臭氧分子,產(chǎn)生高氧化性的自由基,在這類催化劑表面,有機污染物的吸附和氧化劑的活化協(xié)同作用,可以取得更好的催化臭氧氧化效果。
多相催化氧化機理:
目前,已有大量文獻(xiàn)敘述了多相催化臭氧化的機理。一般認(rèn)為有三種可能的機理:
1、認(rèn)為有機物被化學(xué)吸附在催化劑的表面,形成具有一定親核性的表面螯合物,然后臭氧或者羥基自由基與之發(fā)生氧化反應(yīng),形成的中間產(chǎn)物進而能在表面進一步被氧化,也可能脫附到溶液中被進一步氧化,
2、催化劑不但可以吸附有機物,而且還直接與臭氧發(fā)生氧化還原反應(yīng),產(chǎn)生的氧化態(tài)金屬和羥基自由基可以直接氧化有機物。
3、催化劑催化臭氧分解,產(chǎn)生活性更高的氧化劑,從而與非化學(xué)吸附的有機物分子發(fā)生反應(yīng)。
技術(shù)優(yōu)勢
1、臭氧催化氧化反應(yīng)快速、高效、無選擇性,能在10-30分鐘內(nèi)實現(xiàn)對有機質(zhì)的快速礦化, 出水COD達(dá)到國家要求排放新標(biāo)準(zhǔn)(COD<40mg/L)或循環(huán)水回用的要求,噸水處理成本可控制在0.5-1.5元;
2、臭氧催化氧化反應(yīng)將有機物徹底降解為二氧化碳、水,不會產(chǎn)生二次污染;
3、有效增加臭氧在水體中的傳遞速度和接觸時間以增強臭氧的利用效率,節(jié)省臭氧投加量和氧化時間,從而大幅節(jié)省臭氧設(shè)備投資和運行成本;
技術(shù)應(yīng)用
臭氧催化氧化技術(shù)可廣泛應(yīng)用于市政、石油、化工、鋼鐵、焦化、造紙、印染、醫(yī)藥等行業(yè)的廢水處理,預(yù)期達(dá)到兩個目的:
1、作為預(yù)處理提高可生化性,提高后續(xù)生化處理的處理效果,降低生化稀釋水比例;
2、作為生化后端的深度處理,徹底降解COD和色度,提高出水水質(zhì),達(dá)國家要求排放新標(biāo)準(zhǔn)(COD<40mg/L)或回用水要求。