【中國環(huán)保在線 技術(shù)前沿】隨著各地方政府污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，污水處理廠均面臨著提標(biāo)改造的問題。即使是市政污水處理廠，有時(shí)來水也會混入一定比例的工業(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，這對污水處理廠提標(biāo)改造中CODCr 達(dá)標(biāo)造成很大的困難。
 

　　本文通過闡述臭氧氧化技術(shù)及臭氧催化氧化技術(shù)在水處理深度處理中的應(yīng)用現(xiàn)狀，介紹了知合環(huán)境研發(fā)的新型ZENITY-OCOT臭氧催化氧化技術(shù)，并與常規(guī)Fenton試劑氧化技術(shù)進(jìn)行了對比，顯示了新型ZENITY-OCOT臭氧催化氧化技術(shù)在污水處理廠提標(biāo)改造中良好的應(yīng)用前景。
 

　　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》，對全國水環(huán)境質(zhì)量的改善及城市黑臭水體的整治提出了時(shí)間節(jié)點(diǎn)。各地方政府也相繼出臺了污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[1]。
 

　　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[2]。目前市政污水處理廠的來水中也時(shí)常會混入一部分工業(yè)廢水[3]，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，增大了對污水處理廠深度處理技術(shù)選擇的難度，也對污水處理廠的提標(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)。近年來，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 [4]。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，尚存在氧化降級效率較低、運(yùn)行成本偏高的問題。在這些氧化技術(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，日本臭氧深度處理污水廠示范工程開始運(yùn)行[5]。由于其清潔無污染、氧化效率高、操作簡單等優(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[6-7]。
 

　　本文通過對現(xiàn)有臭氧氧化技術(shù)在廢水處理中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，并分析對比了臭氧催化氧化技術(shù)和Fenton試劑氧化技術(shù)，為市政污水處理廠提標(biāo)改造深度處理工藝選型提供幫助。
 

　　1 臭氧氧化技術(shù)研究進(jìn)展
 

　　1.1 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[7]。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。國內(nèi)學(xué)者利用臭氧對啤酒、印染、檸檬酸等行業(yè)廢水進(jìn)行深度處理，發(fā)現(xiàn)臭氧對色度去除率高達(dá)90%以上，而對CODCr去除率較低，在10%——20%[8-10]。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[11,12]。
 

　　1.2 臭氧催化氧化技術(shù)
 

　　臭氧催化劑氧化是目前研究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[13-15]。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)物接觸幾率；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[16-18]。
 

　　1.3 多維度臭氧催化氧化技術(shù)
 

　　除加入非均相催化劑外，將臭氧和其他水處理技術(shù)如超聲波、紫外光、過氧化氫和生物處理等技術(shù)組合，也可將臭氧催化轉(zhuǎn)化為氧化性更強(qiáng)而反應(yīng)選擇性更低的·OH，從而大大提高臭氧的氧化能力和利用率。
 

　　O3/UV法是在投加臭氧的同時(shí)輔以紫外光照射，臭氧在紫外光輻射下會分解產(chǎn)生活潑的·OH；臭氧/超聲波組合技術(shù)主要是利用超聲波的空化效應(yīng)，使廢水中出現(xiàn)空化氣泡，并且產(chǎn)生局域高溫高壓的條件促使臭氧快速分解，產(chǎn)生·OH；O3/H2O2組合技術(shù)，不需要高能量輸入，且設(shè)備簡單，不產(chǎn)生二次污染，可直接將污染物氧化為二氧化碳和水，其降解速率是單獨(dú)臭氧氧化的2——200倍；O3/BAF(曝氣生物濾池)組合技術(shù)是將臭氧和曝氣生物濾池聯(lián)用，廢水先通過臭氧預(yù)處理提高其可生化性，然后再采用曝氣生物濾池進(jìn)行生化處理，在降低運(yùn)行成本的同時(shí)，保證出水的處理效果[19-23]。
 

　　2 臭氧催化氧化系統(tǒng)介紹
 

　　ZENITY-OCOT臭氧催化氧化系統(tǒng)，包括臭氧發(fā)生器、“知合塔”反應(yīng)器和新型的催化劑等。
 

　　2.1 臭氧發(fā)生器
 

　　臭氧發(fā)生系統(tǒng)主要由臭氧發(fā)生器、自控及配套檢測裝置、尾氣破壞裝置等組成。目前市場上主流的臭氧發(fā)生器有管式和板式臭氧發(fā)生器兩種。其中管式臭氧發(fā)生器是在臭氧發(fā)生器內(nèi)部兩個(gè)固定管板之間焊接有一定數(shù)目的管來當(dāng)作接地電極，每個(gè)電極由一個(gè)高壓電極、不銹鋼網(wǎng)和一個(gè)電介質(zhì)玻璃管組成，臭氧在接地電極、介電質(zhì)和高壓電極之間的間隙中產(chǎn)生。板式臭氧發(fā)生器是采用電暈放電技術(shù)，在高壓電場的作用下，通過氧原子、氧分子及高速電子三者碰撞反應(yīng)形成臭氧。
 

　　ZENITY-OCOT選用世界的臭氧發(fā)生器系統(tǒng)，設(shè)計(jì)緊湊，占地面積少；安裝方便、操作簡單；臭氧含量高、氧化效率高；負(fù)壓穩(wěn)定運(yùn)行，防泄漏設(shè)計(jì)、安全可控；的尾氣循環(huán)利用及破壞裝置，防控臭氧的泄漏。
 

　　2.2 “知合塔”反應(yīng)器
 

　　臭氧反應(yīng)器有接觸氧化塔、接觸氧化池等形式，其中臭氧接觸氧化池一般采用鋼筋混凝土的形式，工程造價(jià)較低，但存在臭氧分布不均，反應(yīng)條件控制不準(zhǔn)確等問題；臭氧接觸氧化塔優(yōu)點(diǎn)是占地面積小，反應(yīng)條件控制靈活，但造價(jià)相對較高。
 

　　“知合塔”反應(yīng)器介紹：
 

　　(1)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：采用高強(qiáng)度防腐材料制成；可根據(jù)實(shí)際情況靈活更改進(jìn)水出水方式；采用微納米曝氣方式；內(nèi)部結(jié)構(gòu)經(jīng)特殊設(shè)計(jì)，在滿足承托催化劑的同時(shí)，防止溝流、短流等現(xiàn)象的發(fā)生；塔體設(shè)有多處組合工藝預(yù)留口，靈活控制臭氧催化氧化工藝的氧化效率。
 

　　(2)優(yōu)勢體現(xiàn)：占地面積小，大幅度提高了臭氧利用效率，強(qiáng)化了對有機(jī)污染物的氧化效率。
 

　　2.3 催化劑
 

　　非均相臭氧催化氧化催化劑一般由活性組分和載體組成，其中活性組分多為Mn、Fe、Co、Cu、Zn、Ni和Ce等的金屬氧化物；載體多為活性氧化鋁小球、活性炭、陶粒、多孔沸石、石墨烯等。
 

　　2.4 工程案例比對分析
 

　　針對某工程項(xiàng)目反滲透濃水的處理，經(jīng)過小試及中試過程，得到大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了ZENITY-OCOT臭氧催化氧化技術(shù)的優(yōu)勢及處理效果。
 

　　反滲透濃水中CODCr、UV254、TOC等在較短的時(shí)間內(nèi)均可得到良好的去除效果，反應(yīng)30min后，CODCr、UV254、TOC逐漸趨近于平衡狀態(tài)，CODCr由原水中的293.9mg/L降到100.0mg/L，去除率為65.9%；UV254由原水中的1.285降到0.325，去除率為74.7%；TOC由原水中的79.95mg/L降到35.70mg/L，去除率為55.3%。
 

　　另外，同時(shí)從不同層面比對了ZENITY-OCOT臭氧催化氧化技術(shù)和常用的Fenton試劑氧化技術(shù)的優(yōu)勢。從中可以看出，ZENITY-OCOT在很多方面比Fenton試劑氧化技術(shù)具有更廣泛的應(yīng)用優(yōu)勢，尤其是在對危險(xiǎn)廢物管控越來越嚴(yán)的環(huán)境條件下，F(xiàn)enton試劑氧化技術(shù)及其衍生的流化床Fenton氧化技術(shù)、電Fenton氧化技術(shù)等，應(yīng)用時(shí)應(yīng)審慎選擇，首先應(yīng)該考慮好危險(xiǎn)廢物的處理處置方案。
 

　　3 結(jié)語
 

　　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，將會越來越多的選擇氧化技術(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，將成為氧化技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的典范。
 

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　　作者：喬瑞平，李海洋，王亞超，施博穎，樊曉雪，王宏斌，趙迪
 

　　原標(biāo)題：臭氧(催化)氧化技術(shù)在污水處理廠提標(biāo)改造中的應(yīng)用