臭氧催化氧化技術(shù)在污水提標(biāo)改造方面的應(yīng)用
01技術(shù)應(yīng)用背景
隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，我國(guó)城市污水處理面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。早期建設(shè)的污水處理廠和污水處理設(shè)施由于設(shè)計(jì)處理能力不足、處理工藝落后，已經(jīng)無法滿足現(xiàn)有需求，嚴(yán)重影響了城鎮(zhèn)化進(jìn)程。針對(duì)這種情況，政府相繼發(fā)布了《水十條》和《城市黑臭水體整治工作指南》，各地方政府也相繼出臺(tái)了污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。新排放標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布使得現(xiàn)有的污水處理廠面臨著提標(biāo)改造的問題。目前市政污水處理廠的來水中也時(shí)常會(huì)混入一部分工業(yè)廢水，使得原水組分比較復(fù)雜，難降解有機(jī)物含量較高，可生化性較差，這對(duì)污水處理廠CODCr達(dá)標(biāo)造成很大的困難。尤其是水體中難降解的有毒有害有機(jī)物含量的增加，增大了對(duì)污水處理廠深度處理技術(shù)選擇的難度，也對(duì)污水處理廠的提標(biāo)改造工作影響很大。據(jù)此，需要采用比常規(guī)生化處理工藝更有效的處理技術(shù)。
02高級(jí)氧化技術(shù)的發(fā)展
近年來，高級(jí)氧化技術(shù)在污水處理廠的深度處理中的應(yīng)用越來越多，常用到的技術(shù)包括Fenton試劑氧化技術(shù)、電催化氧化以及臭氧氧化技術(shù)等。其中，F(xiàn)enton試劑氧化技術(shù)是在酸性條件下利用Fe2+催化H2O2產(chǎn)生氧化性強(qiáng)、無反應(yīng)選擇性的羥基自由基(·OH，氧化還原電位為2.80V)，它能將難降解有機(jī)物氧化成二氧化碳、水，或者將有毒有害物質(zhì)氧化成無害的物質(zhì)；但該技術(shù)的缺點(diǎn)是引入雜鹽，反應(yīng)條件苛刻，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用較高。電催化氧化技術(shù)在工程化的應(yīng)用過程中，尚存在氧化降級(jí)效率較低、運(yùn)行成本偏高的問題。在這些高級(jí)氧化技術(shù)中，值得一提的是臭氧氧化技術(shù)或臭氧催化氧化技術(shù)。臭氧氧化技術(shù)也是利用羥基自由基(·OH)去除廢水中難降解有機(jī)物。臭氧在被發(fā)現(xiàn)之后的一百多年里主要用于水體消毒，直到1998年，日本首個(gè)臭氧深度處理污水廠示范工程開始運(yùn)行。由于其清潔無污染、氧化效率高、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為去除廢水中高穩(wěn)定性、難降解有機(jī)物的關(guān)鍵技術(shù)之一，在污水處理廠提標(biāo)改造廢水深度處理過程中獲得了越來越多的青睞。
03臭氧氧化技術(shù)研究進(jìn)展
臭氧氧化技術(shù)臭氧作為一種強(qiáng)氧化劑，氧化電位為2.07V，僅次于氟和·OH，且反應(yīng)后分解為氧氣不產(chǎn)生二次污染。因此臭氧氧化處理工業(yè)廢水在污水處理領(lǐng)域引起了眾多研究者的追捧。國(guó)內(nèi)學(xué)者利用臭氧對(duì)啤酒、印染、檸檬酸等行業(yè)廢水進(jìn)行深度處理，發(fā)現(xiàn)臭氧對(duì)色度去除率高達(dá)90%以上，而對(duì)CODCr去除率較低，在10%—20%。這是因?yàn)槌粞踔苯优c有機(jī)物的反應(yīng)選擇性較強(qiáng)，在低濃度和短時(shí)間內(nèi)，也不可能完全礦化污染物，且產(chǎn)生的中間產(chǎn)物會(huì)影響臭氧的進(jìn)一步氧化，因此，為了提高臭氧利用效率，需要進(jìn)行大量的改善或深入研究。臭氧催化氧化技術(shù) 臭氧催化劑氧化是目前研究最多的一種臭氧催化氧化技術(shù)，按照反應(yīng)相態(tài)可以分為均相臭氧催化氧化和非均相臭氧催化氧化。非均相臭氧氧化技術(shù)是利用非均相催化劑，由于其易于回收且無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，是臭氧催化氧化技術(shù)的熱門研究方向。由于臭氧催化氧化過程比較復(fù)雜，因此，如何針對(duì)性的選擇合適的催化劑是臭氧催化氧化技術(shù)亟待解決的問題。其催化臭氧氧化的主要作用有兩種：一是利用催化劑的吸附作用先吸附有機(jī)物至催化劑表面區(qū)域，增加臭氧與有機(jī)物接觸機(jī)率；二是催化活化臭氧分子，提高臭氧分解產(chǎn)生·OH的速率，取得更好的氧化效果。
04海之巖臭氧催化劑
該催化劑以硅、鋁、鈦為載體，以多種稀土金屬氧化物和過渡金屬氧化物為催化組分，經(jīng)過載體摻雜、擠壓成型、混合浸漬、低溫干燥、高溫焙燒等工序精制而成，具有催化活性高、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，是臭氧催化氧化的理想催化劑。
其主要特點(diǎn)：
（1）載體制備采用復(fù)合多孔高強(qiáng)度硅鋁鈦，保證臭氧氧化催化劑的抗壓強(qiáng)度，可有效減少催化劑流失率，提高催化劑的穩(wěn)定性能。機(jī)械強(qiáng)度大，無損耗，無需定期投加。
（2）臭氧氧化催化劑比表面積大，處理廢水通量大，增加廢水與催化劑接觸時(shí)間，減少占地面積。
（3）可根據(jù)水質(zhì)水量的變化進(jìn)行調(diào)節(jié)，適應(yīng)能力強(qiáng)，耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)。
（4）能與其他技術(shù)（如BAF）相結(jié)合，進(jìn)一步提高處理效果。
（5）多種催化劑組分，加強(qiáng)催化劑對(duì)不同廢水的適應(yīng)性的同時(shí)提高催化活性。
（6）可顯著提高臭氧與污染物的反應(yīng)速率與效率，降低臭氧投加量，有效降低處理成本。 臭氧催化劑主要用在多種難降解廢水臭氧氧化工藝中作為固定床催化劑，能顯著提高臭氧氧化效率。相同臭氧投加量條件下，使廢水COD去除率提高60%以上，并提高廢水的可生化性，出水BOD/COD值從0.1提高至0.35以上。
隨著環(huán)保壓力的增大，污水處理廠提標(biāo)改造項(xiàng)目越來越多，常規(guī)的方法已經(jīng)不能滿足出水指標(biāo)要求，未來污水處理廠的提標(biāo)改造，將會(huì)越來越多的選擇高級(jí)氧化技術(shù)作為提標(biāo)改造的深度處理技術(shù)，臭氧催化氧化技術(shù)由于具備諸多的技術(shù)及工藝優(yōu)勢(shì)，將成為高級(jí)氧化技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的典范。
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