微气泡臭氧催化氧化深度处理化工园区废水研究

5臭氧利用率

在臭氧投加量为10~12.5mg/min的条件下，分别以AC、N-AC、Na-AC和N-Cu-AC作为催化剂，采用微气泡臭氧催化氧化深度处理化工园区废水，处理过程中液相臭氧浓度均呈现初期升高而后下降的趋势。这是由于反应初期，液相臭氧浓度较低，臭氧气液传质驱动力强，传质速率快，而液相臭氧分解速率相对较慢，造成液相臭氧浓度升高。

随后，臭氧气液传质速率降低，而臭氧分解产生羟基自由基链式反应不断增强，使得液相臭氧分解速率加快，因此液相臭氧浓度呈现不断下降的趋势。催化剂Na-AC表面的碱性官能团更有利于液相臭氧分解，液相臭氧浓度相对较低。

处理过程中臭氧散逸量与液相臭氧浓度的变化过程类似，亦呈现初期升高而后下降的趋势。统计分析表明，臭氧散逸量与液相臭氧浓度存在正相关关系，可见臭氧气液两相传质和相平衡是影响臭氧散逸量的主要因素。

根据臭氧投加量、液相臭氧浓度和臭氧散逸量计算处理过程中的臭氧利用率，结果如图5所示。

图5臭氧利用率的变化

实验结果表明，分别以AC、N-AC、Na-AC和N-Cu-AC作为催化剂时，平均臭氧利用率分别为84.9%、95.8%、99.3%和97.5%。与AC相比，以NAC、Na-AC和N-Cu-AC作为催化剂时，液相臭氧分解和反应速率更快，更有利于臭氧气液传质，进而减少臭氧散逸量，使臭氧利用率明显提高。

6臭氧氧化反应效率

通过考察累积COD去除量与臭氧消耗量的比值（R，mg/mg）随时间的变化关系，进一步比较不同催化剂存在时的微气泡臭氧氧化反应效率，结果如图6所示。

图6COD去除量与臭氧消耗量的比值随时间的变化

由图6可以看到，在催化剂AC、N-AC、Na-AC和N-Cu-AC存在条件下，R值均大体呈现逐渐下降并趋于稳定的趋势，采用N-Cu-AC作为催化剂时，这一趋势尤为显著。反应初期，COD浓度较高，臭氧及其分解产生的羟基自由基能够充分氧化去除COD，因此氧化反应效率较高。随着COD浓度降低，反应过程中投加的臭氧及其分解产生的羟基自由基逐渐过量，特别是羟基自由基除氧化去除COD外，也在自由基链式反应中不断消耗，因此R值逐渐降低。

分别以AC、N-AC、Na-AC和N-Cu-AC作为催化剂时，R值平均分别为0.324、0.444、0.365和0.554。可见，N-Cu-AC具有更高的催化活性和更强的羟基自由基产生能力，其催化臭氧氧化反应效率分别是AC、N-AC和Na-AC的1.7倍、1.2倍和1.5倍。

3、结论

（1）采用微气泡臭氧催化氧化深度处理化工园区废水，可将出水COD降至20mg/L以下，实现废水稳定达标排放；废水发光抑制率可由82.5%~88.4%下降至-1.2%~-7.3%，消除了废水的生态毒性；同时废水B/C由0.04~0.06上升至0.29~0.37，显著改善了废水的可生化性。

（2）硝酸改性并负载活性金属组分活性炭（NCu-AC）具有更强的微气泡臭氧催化氧化活性，实验条件下，COD去除率和去除负荷分别可达到70.8%和0.478kg/（m3˙d），臭氧利用率可达到97.5%，累积COD去除量与臭氧消耗量的比为0.554，催化臭氧氧化反应效率分别是AC、N-AC和Na-AC的1.7倍、1.2倍和1.5倍。

（文章来源：《工业水处理》，2017年第10期，原题目：微气泡臭氧催化氧化深度处理化工园区废水研究，参考文献略）

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