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)。
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常會混入一部分工業(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，高級氧化技術(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，fenton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。在這些高級氧化技術(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。
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。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%。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。
1.2 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。
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，保證出水的處理效果。
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，每個電極由一個高壓電極、不銹鋼網(wǎng)和一個電介質(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選用世界知名品牌的臭氧發(fā)生器系統(tǒng)，設(shè)計緊湊，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、安全可控；高效的尾氣循環(huán)利用及破壞裝置，全方位防控臭氧的泄漏。
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，但造價相對較高。
“知合塔”反應(yīng)器介紹：
（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計：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，在滿足承托催化劑的同時，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。
知合環(huán)境研制了一系列具有自主知識產(chǎn)權(quán)的goo型非均相臭氧催化氧化催化劑，可根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際水質(zhì)情況有針對性的篩選催化劑。該催化劑的活性組分為多種過渡金屬氧化物，載體含石墨烯改性納米材料，整體表現(xiàn)出高效的催化活性。
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，如圖1所示。
由圖2可見反滲透濃水中codcr、uv254、toc等在較短的時間內(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，指標(biāo)比對見表1所示。從表中可以看出，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，尤其是在對危險廢物管控越來越嚴(yán)的環(huán)境條件下，fenton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)用時應(yīng)審慎選擇，首先應(yīng)該考慮好危險廢物的處理處置方案。
表1 zenity-ocot臭氧催化氧化技術(shù)和fenton試劑氧化技術(shù)的指標(biāo)比對
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高級氧化技術(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，將成為高級氧化技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的典范。
知合環(huán)境知行合一的鉆研技術(shù)研發(fā)工作，誠意正心的做環(huán)保事業(yè)。知合環(huán)境在污水處理廠的提標(biāo)改造服務(wù)方面一直在探索可行的創(chuàng)新性技術(shù)。作為知合環(huán)境打造的有代表性的新一代zenity-ocot臭氧催化氧化技術(shù)，同時在技術(shù)創(chuàng)新化、工藝集成化、產(chǎn)品裝備化和系統(tǒng)智能化上實(shí)現(xiàn)了技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的突破。依托產(chǎn)業(yè)新城內(nèi)企業(yè)對環(huán)保的需求、污水處理廠提標(biāo)改造需求等項(xiàng)目，不斷完善、不斷進(jìn)步。
文章來源：環(huán)保小蜜蜂
2022上海國際環(huán)保展將于6月8-10日在上海國家會展中心隆重拉開帷幕。本屆展會展示面積將達(dá)17萬平米，匯聚超2,000家品牌展商。展示范圍涵蓋綜合治理、水、大氣、智慧環(huán)保、環(huán)境監(jiān)測、資源再生、土壤、噪聲8大環(huán)境污染治理領(lǐng)域。
