污水处理中的催化氧化，你不能不知道的十大问答！

导读： 目前，污水深度处理工艺工程可行技术并不多： 活性炭吸附、其它化学吸附剂、芬顿法属高级氧化、膜法和曝气生物滤池等工艺，虽然各有各的优点，但也有一定的局限性，相比来说，催化臭氧氧化是绿色工艺。本文就催化氧化方法十问十答，帮助大家了解这一方法。

目前，污水深度处理工艺工程可行技术并不多：活性炭吸附、其它化学吸附剂、芬顿法属高级氧化、膜法和曝气生物滤池等工艺，虽然各有各的优点，但也有一定的局限性，相比来说，催化臭氧氧化是绿色工艺。
 
1、为什么说，污水深度处理工艺工程可行技术并不多？
 
简述几个工艺。活性炭吸附：水处理效果是好的，除费用高外，主要是需要再生废炭量达万分之十左右，活性炭再生工艺是个问题；其它化学吸附剂：脱附需要酸碱，脱附液达3 – 5%，同样是难题。芬顿法属高级氧化，有机物去除效果尚好，但硫酸亚铁加量上千ppm，还有双氧水和液碱等，仅去除了一百ppm左右的COD，产泥量和产盐量越来越是问题。膜法和曝气生物滤池都有其局限性。
 
2、为什么说，催化臭氧氧化是绿色工艺？
 
从原理上，催化臭氧工艺与芬顿工艺氧化有机物的方法是相同的，都是依靠?OH。但产生?OH的途径不同。芬顿工艺是在酸性条件下依靠Fe2+催化H2O2，属同相催化。不仅要加化学药剂，中和后产生大量的铁泥和硫酸根。而催化臭氧依靠的是“过渡金属化合物”，催化剂是固相，异相催化，真正意义的催化剂，且在pH中性条件下催化，不产泥、不产盐。
 
3、应用于深度处理，为什么臭氧一定要催化？
 
臭氧虽然是种强氧化剂，能氧化很多种有机物。但要搞清楚一个概念：能氧化，并不等于能彻底氧化。将大分子有机物氧化成小分子醇、醛、有机酸等，有机物并没有去除，甚至TOC值没有变化。何况，臭氧并不能直接氧化生化出水中很多种有机物。大量实验表明，臭氧的直接氧化对大部分废水的生化出水，COD去除率仅10 – 20%。而催化后，臭氧分解产生?OH，不仅氧化能力更强，氧化有机物的种类也更多。
 
4、为什么说，催化臭氧在深度处理中应用是种新工艺？
 
曾有工程界人士认为，在水处理中臭氧的应用有大量的工程实践，即指臭氧在给水中的消毒与在工业废水中的脱色。但臭氧在深度处理中应用，与前两者完全不同。消毒，仅需破坏细胞的生理功能，不需要改变有机物分子形态；脱色，也仅需要改变分子结构中显色基团；而深度处理要求将有机物彻底氧化。在投加量上，消毒仅需2 – 3 ppm；而在深度处理中需投加上百个ppm；更需要使用催化剂。
 
随便说一句，给水中臭氧—活性炭工艺，活性炭主要是吸附功能并作为微生物载体；臭氧则氧化分解水源水中的腐殖酸类大分子有机物。活性炭并不是臭氧的催化剂，否则微生物功能受到损害。
 
5、铁基催化剂有什么特点？ 有几种？
 
“过渡金属的化合物是臭氧催化剂”。铁，是过渡金属，它的化合物也是催化剂。据报道：Fe3O4、Fe2O3都有催化功能。我们开发的催化剂主要涉及FeOOH，FeOOH有各种晶型，α-、γ-、β-、ε-等等，已取得发明授权的催化剂种类有四种：(1)铁矿与木屑还原焙烧形成颗粒，再经表面改性；(2)由芬顿铁泥制备的FeOOH；(3)由红土镍矿分离制备的FeOOH；(4)铁屑表面改性。
 
关于纯物质的催化能力，有种学术观点认为：固相中有OH的过渡金属化合物，易于催化形成?OH。但各种催化成份的催化能力，在工程实践的意义并不大，主要是催化剂总量。
 
大部分通过浸渍、烧结制备的催化剂，催化成份的量仅有几十个微米厚。我们的催化剂与之不同，第(2)、(3)种里外都是有效的催化成份。第(1)、(4)种在氧化环境中催化剂表面保持并可重新形成有效的催化成份，所以有持久的催化能力。
 
6、臭氧在深度处理中的应用，工艺难点在哪里？
 
臭氧比空气重，溶解度是氧气的13倍；关键臭氧不是稳定的气体，常温下净水中的半衰期只有20分钟，且温度和杂质对臭氧半衰期影响很大，在工业废水中一般只有数分钟。深度处理工艺中关键，是在臭氧无效分解之前，经催化臭氧有效分解产生?OH。因此，反应器单位体积催化剂表面积(与催化剂比表面积概念有所不同)是十分重要的参数。简单地说：催化剂的量要多；三相传质条件要好。

 
7、铁屑基催化剂有什么特点？ 有什么工艺优越？
 
铁屑经表面经改性形成FeOOH，一方面是催化成份，有效地催化臭氧；另一方面又是纯化成份，保护铁屑内的零价铁。因此，改性铁屑在催化臭氧反应器中成为化工意义的填料，且比表面积比商品填料拉西环、鲍尔环高出七-八倍。铁屑基催化剂成品做成规整化填料，或称单元化填料，如“蜂窝或沙琪玛”形状，大大提高了工程上的催化效果。
 
(1)规整化填料，避免了运输和使用过程中填料表面相互摩擦，从而保护表面改性所形成的有效催化成份FeOOH；
 
(2)沙琪玛状单元化填料孔隙率虽大，孔隙孔径却很小。因为?OH在水中的寿命只有纳秒级，即：?OH不可能通过水流扩散传质，去氧化液相主体有机污染物；只能通过微观传质(如布朗运动)，就近氧化液体中有机物。孔径很小的规整化填料为此创造了条件。
 
顺便指出：流化态的催化剂，若使用量较小，难以起到工程意义的催化效果。
 
在适宜的参数范围内对铁刨花进行压缩，保证铁屑基规整化填料具有较大的比表面积、较大的孔隙率、较小的孔径范围、较大的孔隙连通率，是制作规整化填料的关键。
 
8、催化臭氧工艺对臭氧发生器有什么要求？
 
在臭氧消毒中，臭氧浓度很低，因此对臭氧发生器没有什么要求。在深度处理中，臭氧投加量大；且氧化反应困难，从反应动力学角度，希望臭氧浓度高；因此，供气浓度高的臭氧发生器是选择的方向。随便说一句，即使臭氧浓度很高的供气，气体中绝大部分仍然是氧气。
 
臭氧发生器，有的使用纯氧源，有的使用空气源。除臭氧供气浓度外，空气源将会给深度处理中总氮的去除带来负面影响，不建议采用。这是我们的研究成果。
 
9、介绍一下催化臭氧工艺的反应器形式。
 
效果好的当然是塔式反应器，钢结构，一般在水量3000M3/d以下时使用；在水量5000M3/d以上时，从工程经济考虑，只能使用钢筋混凝土结构，流型设计为折流式，但水力停留时间、催化剂量等应适当放大。对于钢筋混凝土结构的反应器，我们已经开发出成品的单元化填料。
 
10、介绍一下催化臭氧工艺在各行业工业废水的应用情况。
 
水质不同，催化臭氧氧化的效果差距很大，即使同一行业的废水，效果也有很大的差异，解决这一问题的方法就是小试实验。实践结果：(1)绝大部分的废水(约占99%)，催化后均提高了COD的去除率；(2)大部分工业废水，经催化后COD的去除率提高幅度约60 – 150%左右；大部分工业废水，经50至120分钟的催化臭氧氧化，COD的去除率在50 – 70%之间。我们已做过多种行业废水的中试研究(塔高8米，处理水量在100M3/d左右)，包括印染废水、煤化工废水、精细化工(农药、医药)废水、电子(液晶显示)行业废水等。万吨级废水处理，已有数项正在工程施工。