一般工業(yè)廢水中含有大量的人工合成有機(jī)物，如芳烴、多環(huán)芳烴、氯代芳烴、有機(jī)酸酯等。這些有機(jī)物污染物不僅難以生化降解，而且進(jìn)入環(huán)境系統(tǒng)后會(huì)沿著食物鏈生物富集，最終影響人類的神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、生殖功能等。因此，水中難降解有機(jī)物的污染問(wèn)題已成為水資源治理面臨的一項(xiàng)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。臭氧高級(jí)氧化技術(shù)作為一種綠色高效的水處理技術(shù)，因其可以通過(guò)臭氧分解產(chǎn)生強(qiáng)氧化活性的氧自由基(·OH、·O2-、1O2)而受到廣泛的關(guān)注。其中比較常見(jiàn)的有以下幾種：(1)單獨(dú)臭氧氧化(O3);(2)紫外/臭氧氧化(UV/O3);(3)過(guò)氧化氫/臭氧氧化(H2O2/O3);(4)金屬催化臭氧氧化。下面，江蘇銘盛環(huán)境為您介紹了臭氧高級(jí)氧化技術(shù)在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用。

1、臭氧高級(jí)氧化的原理

臭氧在水中分解后產(chǎn)生比臭氧更強(qiáng)的氧化性物質(zhì)，如羥基自由基(·OH)等，可以有效地去除水中有機(jī)污染物。臭氧在水中的分解反應(yīng)為自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，引發(fā)該鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的物質(zhì)主要有兩種：由水中OH－引發(fā)臭氧分解產(chǎn)生HO2·和·O2-;由水中雜質(zhì)M(如某些金屬離子)引發(fā)臭氧分解產(chǎn)生HO3·、·OH、O3-。氧化能力較弱的·O2-可以迅速與臭氧反應(yīng)，促進(jìn)水中臭氧分解產(chǎn)生·OH。羥基自由基(·OH)作為一種無(wú)選擇性的強(qiáng)氧化劑，與有機(jī)物分子氧化反應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)可達(dá)106～109L·mol－1·s－1，許多難生化降解的有機(jī)污染物均可通過(guò)·OH的氧化作用有效去除。

2、臭氧高級(jí)氧化技術(shù)在廢水處理中的研究進(jìn)展

2.1 單獨(dú)臭氧氧化(O3)技術(shù)

單獨(dú)臭氧氧化處理有機(jī)物時(shí)，是以臭氧分子與有機(jī)物之間的直接氧化為主導(dǎo)。這種處理方法雖然高效無(wú)污染，但也存在一些明顯的不足之處。臭氧與不同有機(jī)物反應(yīng)時(shí)的反應(yīng)速率常數(shù)相差較大，即臭氧氧化具有選擇性，使得廢水中的COD和TOC很難被徹底去除。因此，臭氧類高級(jí)氧化技術(shù)一般通過(guò)與其他技術(shù)聯(lián)合使用來(lái)促進(jìn)臭氧分解產(chǎn)生高活性的·OH，從而增強(qiáng)有機(jī)物的去除效果。

2.2 紫外/臭氧氧化(UV/O3)技術(shù)

UV/O3技術(shù)將紫外與臭氧結(jié)合，利用紫外輻射產(chǎn)生的能量使得臭氧分解產(chǎn)生大量的·OH，從而提高有機(jī)物的去除效果。

隨著對(duì)UV/O3體系的不斷深入研究，研究者也提出了較為詳細(xì)的催化機(jī)理，如圖2所示。UV/O3體系催化降解有機(jī)物主要通過(guò)·OH的作用完成，其過(guò)程可以分為兩個(gè)階段。第一階段，溶解在水中的臭氧發(fā)生光解產(chǎn)生H2O2，H2O2在紫外光照的作用下直接分解產(chǎn)生·OH，這是該階段產(chǎn)生·OH的主要方式。上述方式產(chǎn)生的·OH進(jìn)入第二階段的自由基反應(yīng)循環(huán)，同時(shí)水中的有機(jī)污染物也參與該循環(huán)反應(yīng)，促進(jìn)有利于臭氧分解的O2-生成。此時(shí)O2-對(duì)臭氧的分解是產(chǎn)生·OH的主要方式。

UV/O3技術(shù)雖然具有很強(qiáng)的氧化能力，但由于其處理費(fèi)用較高，操作工藝復(fù)雜，一般只是在實(shí)驗(yàn)室作為基礎(chǔ)研究。目前研究比較熱門的是將UV/O3技術(shù)與TiO2、ZnO等一系列光催化材料結(jié)合起來(lái)，在提高降解效率的同時(shí)可以降低處理費(fèi)用。

2.3 過(guò)氧化氫/臭氧氧化(H2O2/O3)技術(shù)

H2O2作為一種常見(jiàn)的氧化劑也經(jīng)常被用于臭氧高級(jí)氧化技術(shù)中。H2O2/O3的作用機(jī)理與OH-/O3相似，H2O2去質(zhì)子化后產(chǎn)生HO2-，HO2-與臭氧作用產(chǎn)生高活性的·OH以及可以促進(jìn)臭氧分解的O2-。其機(jī)理過(guò)程可用如下反應(yīng)方程式來(lái)描述：

H2O2/O3體系對(duì)有機(jī)物的降解效率顯著，且H2O2分解后不產(chǎn)生新的污染物，是一種綠色高效的高級(jí)氧化技術(shù)。但在其實(shí)際應(yīng)用中仍存在以下幾個(gè)問(wèn)題：(1)H2O2與O3的投加量難以確定。在一定范圍內(nèi)增加H2O2可以促進(jìn)·OH的產(chǎn)生，但過(guò)量的H2O2會(huì)猝滅·OH，影響有機(jī)物的去除率。(2)H2O2/O3體系受溶液pH的影響較大。在中性及堿性條件下，溶液中會(huì)有大量的無(wú)機(jī)碳(如HCO3-、CO32-)存在，導(dǎo)致·OH的猝滅;在酸性條件下，H2O2很難發(fā)生去質(zhì)子化反應(yīng)，從而影響·OH的產(chǎn)生。

2.4 金屬催化臭氧氧化技術(shù)

金屬催化臭氧化技術(shù)即通過(guò)在臭氧化過(guò)程中加入一些金屬氧化物或金屬離子促進(jìn)臭氧分解產(chǎn)生·OH。按照催化劑的形態(tài)，可以將催化臭氧化分為：均相催化臭氧化(催化劑以金屬離子形態(tài)存在)以及非均相催化臭氧化(催化劑為金屬氧化物固體或?qū)⒔饘?/span>/金屬氧化物負(fù)載在固相載體上)。

3、結(jié)論

臭氧自被人類發(fā)現(xiàn)以來(lái)，已被廣泛運(yùn)用于水處理消毒等方面。單獨(dú)臭氧往往不能使有機(jī)物徹底降解，需要將臭氧與其他技術(shù)聯(lián)合使用。比較常見(jiàn)的有以下幾種：紫外/臭氧氧化(UV/O3)、過(guò)氧化氫/臭氧氧化(H2O2/O3)、金屬催化臭氧氧化。其中，金屬催化臭氧氧化中的非均相催化臭氧化技術(shù)因?yàn)榫哂懈咝Ш?jiǎn)便的特點(diǎn)，且在一定程度上解決了催化劑循環(huán)利用的問(wèn)題，是今后臭氧高級(jí)氧化技術(shù)研究的重要方向。