大连理工大学环境工程设计研究院有限公司 辽宁大连 116023
摘要：科技的发展，各领域的技术水平逐渐提高，信息技术应用更加广泛的今天，随着城市污水的排放量和污染物浓度的增加，需要更高效的深度处理技术来提高出水水质。采用臭氧氧化技术，可利用臭氧来分解部分难降解大分子有机物，提高污染物去除率，增强脱色消毒能力。
关键词：臭氧氧化技术在；工业废水处理；应用
引言
臭氧通常作为水处理的氧化剂和消毒剂。臭氧作为氧化剂，可攻击富电子官能团，如双键、胺类、芳香环等物质。由于臭氧在实际废水处理中会生成自由基，因此臭氧氧化通常被认为是高级氧化过程。在臭氧反应的初始阶段，反应速率较为缓慢，伴随反应进行，自由基作为臭氧和有机物反应时的副产物参与反应，从而达到对废水中有机物降解的效果。
1臭氧催化氧化的主要优点
在催化剂作用下，产生强氧化剂-羟基自由基OH･（E 0=2.8V），其电位高、无选择性、反应能力强，速度快（远高于臭氧氧化反应速率），可引发链反应，反应速率是臭氧氧化的100～1000倍。催化氧化塔采用溶气式布气方式，增加了臭氧在水中的溶解度，臭氧利用率高，难降解有机物经臭氧催化氧化后，转化为CO 2、H 2 O、小分子有机物，有利于后续好氧生物处理。采用氧化塔逆向接触，增大接触比表面积、孔隙率，提供活性吸附位，生成活性、低活化能的中间络合物，提高氧化反应效率。氧化塔中设有填料层，以稀有金属氧化物为催化剂，氧化活性高、磨损少、无二次污染。
2臭氧氧化技术在工业废水处理中的应用
2.1冷却循环系统
臭氧发生器在运行的过程中，事实上施加在电极上的电能只有一部分用于制备臭氧，大约只有20%，其余的电能均转化为热量散发出来，这样气体的温度将会越来越高，将会直接导致臭氧产量降低，因此需要冷却水来有效冷却臭氧发生模块。为保证臭氧发生器的连续、正常工作，循环冷却水系统由内循环冷却水泵、热交换器、外循环冷却水三个组分构成。外循环采用厂区自用水，外循环水的温度一般在5~35℃，氯离子含量小于20mg/L，超过工作温度便会触发系统保护，经过热交换后回流至生产工艺中，水质除温度发生变化外无其他任何变化；内循环系统为闭路循环，内循环水采用纯净水，同时管路上配有在线离子交换器，进一步软化循环水，使全密闭循环冷却水维持低导电率，有效的减少水中离子对电极放电的阻碍作用；换热器的核心部件为换热片，换热片的2个流道分别为外循环冷却水以及从臭氧发生器输送过来的需换热的内循环水，换热后外循环水将内循环产生的热量带走，实现臭氧发生器系统持续安全、稳定、高效的运行。
2.2臭氧催化氧化法处理抗生素废水
抗生素生产是制药行业的重要组成部分，其间会产生大量废水，废水组成复杂，有机物种类较多，毒性大，含难降解物和生物抑制物质较多，而常规的物理处理技术和生物处理技术并不能取得良好的效果，常常不能达标排放，需要进一步的处理。臭氧氧化处理法对于处理难降解有机物有着较好的效果，因此，在抗生素废水处理中得到了较多的应用。催化剂一直是臭氧催化氧化法的技术瓶颈，人们要不断研发和应用新型催化剂，改变应用条件，优化工艺和运行条件。当前，有研究以铁为催化剂、硅胶为载体，制备出铁-硅胶催化剂，其处理效果相比未添加催化剂的处理效果更好，在催化剂投加量为0.33 g/L、反应时间1 h的条件下，COD的去除率可达到54.9%，氨氮去除率为44.4%，能够达到污水综合排放标准，而且BOD 5/COD由0.07提高至0.2，提高废水的可生化性。但臭氧催化氧化法单独使用并不能完美处理抗生素废水，其常常需要联合其他污水处理技术进行进一步的处理。
2.3炼油废水处理
在炼油生产中，产生的污水难以处理。国外已有炼油厂针对污水采用了臭氧氧化深度处理工艺，呈现出水质好，水资源重复利用率高的优势。近年来国内加强了利用臭氧处理炼油废水的研究。由于水中有机物主要为石油裂解后的烃类衍生物，采用了“隔油一气浮一生化”法，处理后不能直接排放，辅以臭氧氧化深度处理工艺，对难降解有机物进行进一步处理，出水水质不但满足炼油废水的排放标准，还可以重复利用，节省了水资源。当前最为经济合理的处理工艺是“浮选+生化+臭氧催化氧化”。COD可以降到15 mg/L以下，总铁离子降到0.3 mg/L以下，总磷降到0.5 mg/L以下，整体效果较为理想。
2.4臭氧处理焦化废水
针对已经达标的焦化废水中存在的残余有机物，考查O3/H2O2氧化工艺的有效性并期望实现工业循环水水质目标的工艺条件。以实际达标排放的焦化废水水样作为研究对象，在自行设计的圆柱形鼓泡反应器中建立了O3与H2O2协同氧化反应体系，通过试验明确了O3浓度、H2O2投加量、溶液pH值、自由基抑制剂等因素对有机物降解的影响规律。结果表明：在水温为25℃时、水样pH值为7.0、臭氧浓度为11.01mg/L、H2O2浓度为1.0mmol/L的条件下，反应30min后O3/H2O2氧化工艺对COD和UV254的去除率分别达到78.1%和83.7%，相比单独O3氧化分别提高了14.3%和4.1%，达到了良好的处理效果。
2.5臭氧催化氧化法处理高盐度有机废水
很多工业生产过程均会产生高盐度废水，如化工、制药、石油、食品等行业，该类型废水含有浓度较高的总溶解固体物质、有机物等，不同行业的废水类型均有差别，但其处理难度大，对污水处理设备及工艺要求高，而且处理成本较高。高盐度废水如不进行有效处理，水中的无机盐类会腐蚀输水管道，同时会破坏微生物的正常生理代谢，进而影响普通微生物处理效率。臭氧氧化处理技术在污水处理中有着广泛的应用，其强氧化处理技术对于处理复杂、污染物浓度高的废水均有良好的效果。有研究者利用其处理高盐的有机废水，取得了一定的进展，但单独使用臭氧氧化技术并不能完全处理达标。研究者通过臭氧催化氧化法与微生物技术联合使用对其进行处理，通过对催化剂的优化和工艺条件的改进，取得良好的效果。其中以选取铁、锰和铜作为催化剂的活性组分，采用活性炭作为载体，制备臭氧氧化催化剂，研究结果表明，以Fe为活性的催化剂催化效果明显高于锰和铜的催化剂。然后，根据不同的臭氧进气量确定最佳反应条件，确定180 mg/h为最佳臭氧进气量，在最佳臭氧进气量条件下，改变催化剂用量，当其为40 g/L时，COD去除效果最佳。
2.6造纸废水的处理
当前国内针对造纸废水处理主要采用工艺混凝沉淀法，去除COD Cr的有效率为60%～75%，去除BOD的有效率为70%～80%，处理后的指标可以达到国家二级排放标准，但是难以达到一级标准，臭氧深度处理技术的应用可以达到较好的效果。臭氧氧化技术应用于造纸废水的处理，COD的去除率可以达到90%以上，并且提升了造纸废水的可生化性。随着投加量的增加，去除效果也同步增加，并且提高了生物可降解性。有研究表明，温度的变化不会影响到COD的去除率。臭氧氧化的有效性与臭氧的利用率、气体流速、臭氧浓度、反应器的结构有关。
参考文献：
[1]郜子兴，杨文玲.臭氧催化氧化技术在废水处理中的研究进展[J].应用化工，2017，46（12）：2455-2458+2462.
[2]朱辉，马义源.臭氧联合应用技术在废水处理领域中的应用和发展[J].人民珠江，2018，39（12）：169-173.
[3]马宏瑞，郝永永，王晴，等.臭氧及电化学氧化处理制革生化尾水比较研究[J].中国皮革，2018，47（2）：45-49+52-54+58.