污水處理中的催化氧化常見問題解答

目前，污水深度處理工藝工程可行技術并不多：活性炭吸附、其它化學吸附劑、芬頓法屬高級氧化、膜法和曝氣生物濾池等工藝，雖然各有各的優(yōu)點，但也有一定的局限性，相比來說，催化臭氧氧化是綠色工藝。

1、為什么說，污水深度處理工藝工程可行技術并不多？

簡述幾個工藝。活性炭吸附：水處理效果是好的，除費用高外，主要是需要再生廢炭量達萬分之十左右，活性炭再生工藝是個問題；其它化學吸附劑：脫附需要酸堿，脫附液達3 – 5%，同樣是難題。芬頓法屬高級氧化，有機物去除效果尚好，但硫酸亞鐵加量上千ppm，還有雙氧水和液堿等，僅去除了一百ppm左右的COD，產(chǎn)泥量和產(chǎn)鹽量越來越是問題。膜法和曝氣生物濾池都有其局限性。

2、為什么說，催化臭氧氧化是綠色工藝？

從原理上，催化臭氧工藝與芬頓工藝氧化有機物的方法是相同的，都是依靠•OH。但產(chǎn)生•OH的途徑不同。芬頓工藝是在酸性條件下依靠Fe2+催化H2O2，屬同相催化。不僅要加化學藥劑，中和后產(chǎn)生大量的鐵泥和硫酸根。而催化臭氧依靠的是“過渡金屬化合物”，催化劑是固相，異相催化，真正意義的催化劑，且在pH中性條件下催化，不產(chǎn)泥、不產(chǎn)鹽。

3、應用于深度處理，為什么臭氧一定要催化？

臭氧雖然是種強氧化劑，能氧化很多種有機物。但要搞清楚一個概念：能氧化，并不等于能徹底氧化。將大分子有機物氧化成小分子醇、醛、有機酸等，有機物并沒有去除，甚至TOC值沒有變化。何況，臭氧并不能直接氧化生化出水中很多種有機物。大量實驗表明，臭氧的直接氧化對大部分廢水的生化出水，COD去除率僅10 – 20%。而催化后，臭氧分解產(chǎn)生•OH，不僅氧化能力更強，氧化有機物的種類也更多。

4、為什么說，催化臭氧在深度處理中應用是種新工藝？

曾有工程界人士認為，在水處理中臭氧的應用有大量的工程實踐，即指臭氧在給水中的消毒與在工業(yè)廢水中的脫色。但臭氧在深度處理中應用，與前兩者完全不同。消毒，僅需破壞細胞的生理功能，不需要改變有機物分子形態(tài)；脫色，也僅需要改變分子結(jié)構(gòu)中顯色基團；而深度處理要求將有機物徹底氧化。在投加量上，消毒僅需2 – 3 ppm；而在深度處理中需投加上百個ppm；更需要使用催化劑。

隨便說一句，給水中臭氧—活性炭工藝，活性炭主要是吸附功能并作為微生物載體；臭氧則氧化分解水源水中的腐殖酸類大分子有機物。活性炭并不是臭氧的催化劑，否則微生物功能受到損害。

5、鐵基催化劑有什么特點？有幾種？

“過渡金屬的化合物是臭氧催化劑”。鐵，是過渡金屬，它的化合物也是催化劑。據(jù)報道：Fe3O4、Fe2O3都有催化功能。我們開發(fā)的催化劑主要涉及FeOOH，F(xiàn)eOOH有各種晶型，α-、γ-、β-、ε-等等，已取得發(fā)明授權的催化劑種類有四種：(1)鐵礦與木屑還原焙燒形成顆粒，再經(jīng)表面改性；(2)由芬頓鐵泥制備的FeOOH；(3)由紅土鎳礦分離制備的FeOOH；(4)鐵屑表面改性。

關于純物質(zhì)的催化能力，有種學術觀點認為：固相中有OH的過渡金屬化合物，易于催化形成•OH。但各種催化成份的催化能力，在工程實踐的意義并不大，主要是催化劑總量。

大部分通過浸漬、燒結(jié)制備的催化劑，催化成份的量僅有幾十個微米厚。我們的催化劑與之不同，第(2)、(3)種里外都是有效的催化成份。第(1)、(4)種在氧化環(huán)境中催化劑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、臭氧在深度處理中的應用，工藝難點在哪里？

臭氧比空氣重，溶解度是氧氣的13倍；關鍵臭氧不是穩(wěn)定的氣體，常溫下凈水中的半衰期只有20分鐘，且溫度和雜質(zhì)對臭氧半衰期影響很大，在工業(yè)廢水中一般只有數(shù)分鐘。深度處理工藝中關鍵，是在臭氧無效分解之前，經(jīng)催化臭氧有效分解產(chǎn)生•OH。因此，反應器單位體積催化劑表面積(與催化劑比表面積概念有所不同)是十分重要的參數(shù)。簡單地說：催化劑的量要多；三相傳質(zhì)條件要好。

7、鐵屑基催化劑有什么特點？有什么工藝優(yōu)越？

鐵屑經(jīng)表面經(jīng)改性形成FeOOH，一方面是催化成份，有效地催化臭氧；另一方面又是純化成份，保護鐵屑內(nèi)的零價鐵。因此，改性鐵屑在催化臭氧反應器中成為化工意義的填料，且比表面積比商品填料拉西環(huán)、鮑爾環(huán)高出七-八倍。鐵屑基催化劑成品做成規(guī)整化填料，或稱單元化填料，如“蜂窩或沙琪瑪”形狀，大大提高了工程上的催化效果。

(1)規(guī)整化填料，避免了運輸和使用過程中填料表面相互摩擦，從而保護表面改性所形成的有效催化成份FeOOH；

(2)沙琪瑪狀單元化填料孔隙率雖大，孔隙孔徑卻很小。因為•OH在水中的壽命只有納秒級，即：•OH不可能通過水流擴散傳質(zhì)，去氧化液相主體有機污染物；只能通過微觀傳質(zhì)(如布朗運動)，就近氧化液體中有機物?？讖胶苄〉囊?guī)整化填料為此創(chuàng)造了條件。

順便指出：流化態(tài)的催化劑，若使用量較小，難以起到工程意義的催化效果。

在適宜的參數(shù)范圍內(nèi)對鐵刨花進行壓縮，保證鐵屑基規(guī)整化填料具有較大的比表面積、較大的孔隙率、較小的孔徑范圍、較大的孔隙連通率，是制作規(guī)整化填料的關鍵。

8、催化臭氧工藝對臭氧發(fā)生器有什么要求？

在臭氧消毒中，臭氧濃度很低，因此對臭氧發(fā)生器沒有什么要求。在深度處理中，臭氧投加量大；且氧化反應困難，從反應動力學角度，希望臭氧濃度高；因此，供氣濃度高的臭氧發(fā)生器是選擇的方向。隨便說一句，即使臭氧濃度很高的供氣，氣體中絕大部分仍然是氧氣。

臭氧發(fā)生器，有的使用純氧源，有的使用空氣源。除臭氧供氣濃度外，空氣源將會給深度處理中總氮的去除帶來負面影響，不建議采用。這是我們的研究成果。

9、介紹一下催化臭氧工藝的反應器形式。

效果好的當然是塔式反應器，鋼結(jié)構(gòu)，一般在水量3000M3/d以下時使用；在水量5000M3/d以上時，從工程經(jīng)濟考慮，只能使用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，流型設計為折流式，但水力停留時間、催化劑量等應適當放大。對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的反應器，我們已經(jīng)開發(fā)出成品的單元化填料。

10、介紹一下催化臭氧工藝在各行業(yè)工業(yè)廢水的應用情況。

水質(zhì)不同，催化臭氧氧化的效果差距很大，即使同一行業(yè)的廢水，效果也有很大的差異，解決這一問題的方法就是小試實驗。實踐結(jié)果：(1)絕大部分的廢水(約占99%)，催化后均提高了COD的去除率；(2)大部分工業(yè)廢水，經(jīng)催化后COD的去除率提高幅度約60 – 150%左右；大部分工業(yè)廢水，經(jīng)50至120分鐘的催化臭氧氧化，COD的去除率在50 – 70%之間。我們已做過多種行業(yè)廢水的中試研究(塔高8米，處理水量在100M3/d左右)，包括印染廢水、煤化工廢水、精細化工(農(nóng)藥、醫(yī)藥)廢水、電子(液晶顯示)行業(yè)廢水等。萬噸級廢水處理，已有數(shù)項正在工程施工。