目前，污水深度處理工藝工程可行技術(shù)并不多：活性炭吸附、其它化學(xué)吸附劑、芬頓法屬高級(jí)氧化、膜法和曝氣生物濾池等工藝，雖然各有各的優(yōu)點(diǎn)，但也有一定的局限性，相比來(lái)說(shuō)，催化臭氧氧化是綠色工藝。
為什么說(shuō)，污水深度處理工藝工程可行技術(shù)并不多?
COD(化學(xué)需氧量)：是在一定的條件下，采用一定的強(qiáng)氧化劑處理水樣時(shí)，所消耗的氧化劑量。它反映了水中受物質(zhì)污染的程度，化學(xué)需氧量越大，說(shuō)明水中受有機(jī)物的污染越嚴(yán)重。COD以mg/L表示，通過(guò)水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀器檢測(cè)出的COD數(shù)值，水質(zhì)可分為五大類，其中一類和二類COD≤15mg/L，基本上能達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)值大于二類的水不能作為飲用水的，其中三類COD≤20mg/L、四類COD≤30mg/L、五類COD≤40mg/L屬于污染水質(zhì)，COD數(shù)值越高，污染就越嚴(yán)重。
為什么說(shuō)，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(jī)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(xué)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(guò)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。
應(yīng)用于深度處理，為什么臭氧一定要催化?
臭氧雖然是種強(qiáng)氧化劑，能氧化很多種有機(jī)物。但要搞清楚一個(gè)概念：能氧化，并不等于能徹底氧化。將大分子有機(jī)物氧化成小分子醇、醛、有機(jī)酸等，有機(jī)物并沒(méi)有去除，甚至TOC值沒(méi)有變化。何況，臭氧并不能直接氧化生化出水中很多種有機(jī)物。大量實(shí)驗(yàn)表明，臭氧的直接氧化對(duì)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(qiáng)，氧化有機(jī)物的種類也更多。
為什么說(shuō)，催化臭氧在深度處理中應(yīng)用是種新工藝?
曾有工程界人士認(rèn)為，在水處理中臭氧的應(yīng)用有大量的工程實(shí)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(yīng)用，與前兩者完全不同。消毒，僅需破壞細(xì)胞的生理功能，不需要改變有機(jī)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(tuán);而深度處理要求將有機(jī)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(gè)ppm;更需要使用催化劑。隨便說(shuō)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(jī)物?；钚蕴坎⒉皇浅粞醯拇呋瘎?，否則微生物功能受到損害。
鐵基催化劑有什么特點(diǎn)?有幾種？
“過(guò)渡金屬的化合物是臭氧催化劑”。鐵，是過(guò)渡金屬，它的化合物也是催化劑。據(jù)報(bào)道：Fe3O4、Fe2O3都有催化功能。我們開(kāi)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(quán)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(guān)于純物質(zhì)的催化能力，有種學(xué)術(shù)觀點(diǎn)認(rèn)為：固相中有OH的過(guò)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(shí)踐的意義并不大，主要是催化劑總量。大部分通過(guò)浸漬、燒結(jié)制備的催化劑，催化成份的量?jī)H有幾十個(gè)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。
臭氧在深度處理中的應(yīng)用，工藝難點(diǎn)在哪里？
從原理上，催化臭氧工藝與芬頓工藝氧化有機(jī)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(xué)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(guò)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。
鐵屑基催化劑有什么特點(diǎn)?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(hù)鐵屑內(nèi)的零價(jià)鐵。因此，改性鐵屑在催化臭氧反應(yīng)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(yùn)輸和使用過(guò)程中填料表面相互摩擦，從而保護(hù)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?yàn)?#8226;OH在水中的壽命只有納秒級(jí)，即：•OH不可能通過(guò)水流擴(kuò)散傳質(zhì)，去氧化液相主體有機(jī)污染物;只能通過(guò)微觀傳質(zhì)(如布朗運(yùn)動(dòng))，就近氧化液體中有機(jī)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(duì)鐵刨花進(jìn)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(guān)鍵。
催化臭氧工藝對(duì)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(duì)臭氧發(fā)生器沒(méi)有什么要求。在深度處理中，臭氧投加量大;且氧化反應(yīng)困難，從反應(yīng)動(dòng)力學(xué)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(shuō)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(huì)給深度處理中總氮的去除帶來(lái)負(fù)面影響，不建議采用。這是我們的研究成果。
介紹一下催化臭氧工藝的反應(yīng)器形式
效果好的當(dāng)然是塔式反應(yīng)器，鋼結(jié)構(gòu)，一般在水量3000M3/d以下時(shí)使用;在水量5000M3/d以上時(shí)，從工程經(jīng)濟(jì)考慮，只能使用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，流型設(shè)計(jì)為折流式，但水力停留時(shí)間、催化劑量等應(yīng)適當(dāng)放大。對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器，我們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出成品的單元化填料。
介紹一下催化臭氧工藝在各行業(yè)工業(yè)廢水的應(yīng)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(wèn)題的方法就是小試實(shí)驗(yàn)。實(shí)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(guò)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(xì)化工(農(nóng)藥、醫(yī)藥)廢水、電子(液晶顯示)行業(yè)廢水等。萬(wàn)噸級(jí)廢水處理，已有數(shù)項(xiàng)正在工程施工。