催化臭氧氧化工艺核心—非均相臭氧催化剂填料

催化臭氧氧化工艺核心—非均相臭氧催化剂填料

催化臭氧氧化技术是近年发展起来的一种新型水处理技术，可以在常温、常压下将那些难以用臭氧直接氧化或降解的有机物进行氧化降解乃至矿化。

其基本原理是：反应过程中产生的活性极强的自由基(如羟基自由基)，协同臭氧分子，与有机物之间通过加成、取代、电子转移及断键等作用，把水中难降解的大分子有机物氧化成低毒或无毒的小分子物质，甚至彻底氧化成CO2、H2O和其他无机物。

按照采用的催化剂的物相不同，可分为均相催化和非均相催化两类催化臭氧氧化技术。

一、催化剂填料的研究

1.催化剂填料的由来

“催化剂填料”这一名词，在化工行业有见，但不常用。催化剂的功能是加速反应，属化学学科概念；填料的功能是为传质和反应提供场所，属化工学科概念。在催化臭氧化过程中， ?OH产生于臭氧在催化剂表面的分解，因此填料性质很重要；更为关键的是：?OH寿命只有纳秒级，不可能行程很远去攻击有机物分子，就是说：由催化剂界面构成、水可流动的孔隙孔径须很小，因此比一般化工填料要求更高；故在工艺中应强调催化剂填料。（来源于：马鲁铭教授文章）

2.臭氧催化剂的技术研究

在均相催化臭氧氧化反应中，催化剂一般以可溶性金属盐的形式加入，溶于水中的金属离子对臭氧氧化过程起催化作用。在臭氧水处理体系中，加入一定量的Fe²⁺、Mn²⁺、Ni²⁺或Co²⁺的硫酸盐后，废水的TOC去除率得到了明显的提高。但催化剂混溶于废水中，极易造成二次污染，且难以分离，使水处理的成本增加，不利于规模化的废水处理应用。

非均相催化臭氧氧化技术：与均相催化臭氧氧化技术相比，主要区别在于固态催化剂向臭氧氧化有机物提供了反应的活性中心，这里的固态催化剂一般负载在载体上。由于是固态催化剂，有利于催化剂的长久使用、回收和回用。

环保尖兵技术团队通过多层级对比实验，研究负载了TiO₂和Fe₂O₃的Al₂O₃催化剂催化臭氧氧化效果比单独臭氧氧化有很大的提高。同时，催化剂与废水的分离也比较容易。

二、新型非均相催化剂特点

（1）载体制备采用复合多孔高强度硅铝钛，保证臭氧氧化催化剂的抗压强度，可有效减少催化剂流失率，提高催化剂的稳定性能。机械强度大，无损耗，无需定期投加。

（2）臭氧氧化催化剂比表面积大，处理废水通量大，增加废水与催化剂接触时间，减少占地面积。

（3）可根据水质水量的变化进行调节，适应能力强，耐冲击负荷能力强。

（4）能与其他技术（如BAF）相结合，进一步提高处理效果。

（5）多种催化剂组分，加强催化剂对不同废水的适应性的同时提高催化活性。

（6）可显著提高臭氧与污染物的反应速率与效率，降低臭氧投加量，有效降低处理成本。

非均相臭氧催化剂主要用在多种难降解废水臭氧氧化工艺中作为固定床催化剂，能显著提高臭氧氧化效率。相同臭氧投加量条件下，使废水COD去除率提高60%以上，并提高废水的可生化性，出水BOD/COD值从0.1提高至0.35以上。