臭氧催化氧化技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用
工業(yè)廢水中含有大量可生化性差、不易被微生物降解的有機(jī)污染物，與生活污水相比具有成分復(fù)雜、濃度高、毒性大、流動(dòng)性強(qiáng)且易在環(huán)境與生物體內(nèi)富集等特點(diǎn)，對(duì)生態(tài)環(huán)境和生物健康有較大危害，采用傳統(tǒng)的物化、生化處理技術(shù)已難以達(dá)到日趨嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，因此開(kāi)發(fā)一種高效、節(jié)能、環(huán)保的處理技術(shù)勢(shì)在必行。臭氧催化氧化技術(shù)便是其中一種較為理想的選擇。
一、臭氧催化氧化的定義及反應(yīng)機(jī)理
臭氧具有極強(qiáng)的氧化能力，分解后生成氧氣，不產(chǎn)生二次污染，可用于廢水消毒、除色、除有機(jī)物等，但由于臭氧氧化具有選擇性，導(dǎo)致廢水有機(jī)物礦化率和臭氧利用率較低，增加了廢水處理的成本，同時(shí)也限制了臭氧氧化技術(shù)的應(yīng)用。催化劑的加入能夠促進(jìn)臭氧分解產(chǎn)生大量的活性物種（包括羥基自由基、超氧自由基和單線態(tài)氧等），這些活性物種對(duì)污染物質(zhì)不具有選擇性，極大地提高了臭氧體系處理廢水的能力和臭氧利用率，這些優(yōu)點(diǎn)使得臭氧催化氧化技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。
關(guān)于臭氧催化氧化的反應(yīng)機(jī)理到目前為止沒(méi)有明確統(tǒng)一，當(dāng)前被學(xué)者們廣泛認(rèn)可的反應(yīng)機(jī)理大致有三種：（1）羥基自由基理論：即溶解于水體中的臭氧分子先吸附于催化劑表面分解生成高活性的羥基自由基，然后羥基自由基再與水體中的有機(jī)物污染物發(fā)生反應(yīng)。（2）表面配位絡(luò)合理論：即水體中有機(jī)物先吸附于臭氧催化劑表面，二者發(fā)生配位絡(luò)合反應(yīng)生成絡(luò)合物，溶解于水中的臭氧再與絡(luò)合物發(fā)生氧化反應(yīng)，進(jìn)而達(dá)到去除有機(jī)物的目的。（3）自由基與配位絡(luò)合結(jié)合理論：即反應(yīng)過(guò)程中既有催化劑吸附臭氧促進(jìn)臭氧分解產(chǎn)生羥基自由基，同時(shí)又有有機(jī)物吸附于催化劑表面與溶解臭氧發(fā)生直接反應(yīng)。
二、臭氧催化氧化的催化劑種類
臭氧催化氧化按照催化劑種類可以分為均相催化和非均相催化。均相催化指的是臭氧催化劑與所處理的溶液處于同一相態(tài)，即反應(yīng)體系中沒(méi)有相界存在。一般情況下，均相催化臭氧氧化常選用Fe（Ⅱ）、Cu（Ⅱ）、Mn（Ⅱ）等過(guò)渡金屬離子作為催化劑。一般認(rèn)為均相催化主要有兩種機(jī)理，一種是金屬離子分解臭氧產(chǎn)生自由基實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)的增強(qiáng)；另一種則是由污染物首先與金屬離子結(jié)合形成絡(luò)合物，隨后由絡(luò)合物與臭氧接觸進(jìn)行氧化反應(yīng)。由于均相臭氧催化氧化中以金屬離子作為催化劑，回收較為困難，水處理成本較高，因此在工業(yè)中實(shí)際應(yīng)用的較少。
與均相催化反應(yīng)不同，非均相催化反應(yīng)的催化劑通常為固態(tài)金屬及其氧化物或負(fù)載于固體載體上的金屬及其氧化物，催化反應(yīng)可以在水中或催化劑表面上進(jìn)行，其具有催化作用適用范圍廣，效率高；穩(wěn)定性高且易于回收；抗污染能力強(qiáng)，使用過(guò)程中損耗少等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于催化臭氧領(lǐng)域。
三、臭氧催化氧化的應(yīng)用
臭氧催化氧化技術(shù)在處理高濃度、難降解有機(jī)廢水中廣泛應(yīng)用，對(duì)于制藥廢水、印染廢水、石化廢水等污染濃度高、可生化性差的處理具有較好的效果。臭氧催化氧化效果受到催化劑類型、投加量、臭氧濃度、pH值等因素的影響，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)結(jié)合廢水特性，選擇合適的催化劑，確定運(yùn)行參數(shù)。此外，臭氧催化氧化技術(shù)與其他污水處理技術(shù)聯(lián)用時(shí)，工藝流程的設(shè)計(jì)對(duì)于處理效果，控制成本至關(guān)重要，合理的處理工藝既能實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益，也可降低處理成本，取得經(jīng)濟(jì)效益。
