[实用新型]臭氧催化氧化装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及污水处理领域，尤其是指一种用于普通生化处理难于降解的二级处理，或污水深度处理中使用的臭氧催化氧化装置。

背景技术

臭氧作为一种清洁的强氧化剂，有极强的氧化能力。从19世纪被发现以来，就作为氧化剂沿用至今。20世纪初就被用作饮用水的消毒处理。由于臭氧不会在处理过的水中产生有害的卤代有机物，因而日益引起重视。20世纪70年代开始，各国开始把臭氧应用于污水处理领域。目前臭氧氧化工艺逐渐被应用于污水二级处理、深度处理等各种污水处理领域。

臭氧氧化工艺操作方便，可利用空气就地制取，不产生二次污染，可降解各种难于生化处理的有机物。缺点是成本较高，臭氧利用率低，可以增加污水的可生化性，但对有些污染物难以彻底分解。

下面对臭氧氧化机理进行说明：

臭氧可以对大分子有机物开环、断链，使之成为较小分子有机物，使难以降解的有机物变得易于降解，有利于后续生物降解，同时臭氧还能直接氧化一些有机物成为CO₂与H₂O。

臭氧在水中的分解过程是一个自由基连锁反应（Radical Chain Reaction），在这个连锁反应中，臭氧分子（O₃）与羟基自由基（OH^－）反应生成超氧自由基（·O₂^－）和超氧化氢自由基（HO₂·）,超氧自由基（·O₂^－）再与臭氧分子（O₃）反应并与氢基（H^－）结合生成氢化臭氧自由基（HO₃·），然后由氢化臭氧自由基（HO₃·）分解为氧分子（O₂）和氢氧自由基（·OH）。氢氧自由基（·OH）在臭氧处理过程中起着重要的作用，一部分氢氧自由基（·OH）与臭氧分子（O₃）结合成臭氧氢氧自由基（O₃OH·），臭氧氢氧自由基（O₃OH·）分解出氧分子（O₂）并转化为氧化氢自由基（HO₂·），氧化氢自由基（HO₂·）与超氧自由基（·O₂^－）之间有化学平衡关系。这样连锁反应完成一个循环，生成的超氧自由基（·O₂^－）再与臭氧分子（O₃）作用开始下一个循环的连锁反应。氢氧自由基（·OH）具有比臭氧分子O₃更强的氧化能力，可以对反渗透浓水中的烯烃类化合物，胺类和一些碳氮化合物，碳环、杂环的芳香族化合物，硫化物、磷化物等，醇、醛、醚及碳氢化合物进行氧化，甚至转化成二氧化碳和水。

研究发现，在臭氧氧化系统中加入催化剂，可以有效地提高臭氧的氧化能力。

多相催化剂主要有三种作用。

一是吸附有机物，对那些吸附容量比较大的催化剂，当水与催化剂接触时，水中的有机物首先被吸附在这些催化剂表面，形成有亲和性的表面螯合物，使臭氧氧化更高效。

二是催化活化臭氧分子，这类催化剂具有高效催化活性，能有效催化活化臭氧分子，臭氧分子在这类催化剂的作用下易于分解产生如羟基自由基之类有高氧化性的自由基，从而提高臭氧的氧化效率。

三是吸附和活化协同作用，这类催化剂既能高效吸附水中有机污染物，同时又能催化活化臭氧分子，产生高氧化性的自由基，在这类催化剂表面，有机污染物的吸附和氧化剂的活化协同作用，可以取得更好的催化臭氧氧化效果。在多相臭氧催化氧化技术中涉及的催化剂主要是金属氧化物（Al₂O₃、TiO₂、MnO₂等）、负载于载体上的金属或金属氧化物(Cu/TiO₂、Cu/Al₂O₃、TiO₂/Al₂O₃等)以及具有较大比表面积的孔材料。这些催化剂的催化活性主要表现对臭氧的催化分解和促进羟基自由基的产生。臭氧催化氧化过程的效率主要取决于催化剂及其表面性质、溶液的pH值，这些因素能影响催化剂表面活性位的性质和溶液中臭氧分解反应。

多相臭氧催化氧化反应机理