臭氧在水處理中的應(yīng)用十分廣泛，其作用為殺菌消毒，改善色度、味覺、嗅覺，氧化有機(jī)物，或加強(qiáng)難降解有機(jī)物的降解效果等。然而采用單獨臭氧氧化時還存在著利用率不高、費用高以及與有機(jī)物的反率不高、費用高以及與有機(jī)物的反應(yīng)具有較強(qiáng)選擇性等問題。為了進(jìn)一步提高臭氧的利用效率和氧化能力，利用活性炭、金屬氧化物、負(fù)載型金屬氧化物等為催化劑，可提高對高濃度有機(jī)污染物的去除效果。
印染廢水具有成分復(fù)雜、難降解有機(jī)物含量高、色度高、毒性大等特點。經(jīng)生化處理后出水的COD值和色度均較高，排入到水體中，會給環(huán)境帶來危害，需要對其進(jìn)行深度處理。
波濤活性炭廠家以某印染污水廠二沉池出水為對象，探討了活性炭催化臭氧氧化對印染廢水的處理效果及運行參數(shù)，深度處理后出水水質(zhì)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，為印染廢水處理廠的升級改造提供參考。
1、試驗裝置及方法
試驗裝置如圖1所示。臭氧反應(yīng)器采用自制玻璃柱，尺寸為φ85mm，h515mm。為了盡量減少活性炭的吸附性能對有機(jī)物總?cè)コ实呢暙I(xiàn)，AC負(fù)載催化劑選用吸附飽和的柱狀活性炭，即在催化臭氧氧化實驗前，先用印染廢水不斷浸泡活性炭，待活性炭達(dá)到吸附平衡后再使用。
取一定量廢水于反應(yīng)器中，投加一定量催化劑，通入臭氧，進(jìn)行臭氧催化反應(yīng)。分時取樣測定COD變化，以COD的去除率來評價催化臭氧氧化對有機(jī)物的降解效果。
2、結(jié)果與討論
2.1.COD去除效果的比較
分別考察活性炭吸附、單獨臭氧氧化以及催化臭氧氧化對廢水中COD的去除效果。結(jié)果見圖2。
由圖2可知，在單獨臭氧氧化和活性炭吸附的分別作用下，反應(yīng)60min后，COD的去除率僅達(dá)到36.06 %和28.36%；而在添加催化劑的條件下，隨著反應(yīng)時間延續(xù)，對COD去除效果明顯，在60min時達(dá)到了75.56%。主要是由于催化劑的存在，使得有機(jī)物、氧化劑聯(lián)系起來，強(qiáng)化了3者之間的接觸作用。AC負(fù)載催化劑具有巨大的比表面積，將更多地吸附反應(yīng)物和羥基自由基等活性氧化劑，增加了其間的接觸面積，從而提高了反應(yīng)效率。因此，在臭氧氧化反應(yīng)中具有較好的催化性能。
2.2.pH對COD的去除效果
反應(yīng)體系的pH會影響催化劑中活性組分的流失量及催化劑的使用壽命，對催化活性的影響也較大。試驗考察不同pH對催化臭氧氧化去除廢水中COD的影響，以確定反應(yīng)體系較佳pH。結(jié)果見圖3。
由圖3可知，催化臭氧氧化反應(yīng)體系的pH在9-11時，催化劑的催化活性較高，對COD有較好的去除效果；其中pH=11時，催化劑的催化活性很高，對廢水COD的去除率達(dá)到81.87%。這是因為，在pH較低時，臭氧的直接反應(yīng)占主要地位，抵制了OH的生成，因而催化氧化效率比較低。而在堿性條件下，水中OH-濃度變高，進(jìn)而催化臭氧分解，產(chǎn)生大量的OH，表現(xiàn)出高的COD去除率。因而，確定催化氧化體系的pH為11。
2.3.催化劑投量對COD的去除效果
分別對不同催化劑投量的印染廢水進(jìn)行催化臭氧氧化反應(yīng)試驗研究，并篩選出較佳的催化劑投加量。結(jié)果見圖4。
由圖4可知，隨著催化劑投量的增加，對COD的去除效果越好。當(dāng)催化劑投量增加至50g/L時，繼續(xù)加大催化劑投量，其對COD的去除效果不明顯。這是由于催化劑投加量的增加，會產(chǎn)生更多的羥基自由基，過多的羥基自由基會發(fā)生自身反應(yīng)，從而催化氧化效果降低。有效的催化劑投量為50g/L。
2.4.臭氧投量對COD的去除效果
在pH為11，催化劑投量50g/L的條件下，考察不同臭氧投量及反應(yīng)時間對廢水COD的去除效果。結(jié)果見圖5。
由圖5可知，隨臭氧投量的增加和反應(yīng)時間的延長，對COD的去除效果有明顯的提高，但同時發(fā)現(xiàn)，尾氣中的臭氧濃度也明顯增加，并且在反應(yīng)后期，不同的臭氧投量對COD的去除效果差別不大。綜合考慮能耗、水力停留時間等因素，確定適宜的臭氧流量為6.5mg/min，反應(yīng)時間為60min。
2.5.催化劑使用壽命試驗研究
評價催化劑的一個重要指標(biāo)就是催化劑連續(xù)使用的時間。在反應(yīng)器中，按照上述較佳反應(yīng)條件進(jìn)行動態(tài)實驗。試驗連續(xù)運行72h，每隔2h取樣，測定出水COD，考察反應(yīng)體系對COD的去除效果。結(jié)果見圖6。
由圖6可見，系統(tǒng)對COD的連續(xù)降解效果與靜態(tài)效果較吻合。穩(wěn)定運行后出水COD保持在16mg/L左右，去除率穩(wěn)定在80%左右，且穩(wěn)定運行72h后，未發(fā)現(xiàn)去除效果有明顯下降的趨勢。可見，AC負(fù)載催化劑的催化活性可在長時間內(nèi)保持穩(wěn)定。
2.6.綜合處理效果
在pH=11，反應(yīng)時間為60min, AC負(fù)載催化劑投量為50g/L，臭氧投量為6.5mg/min的條件下，考察系統(tǒng)對COD、NH3-N、TN、TP、色度的去除效果，結(jié)果見表1。
表1 綜合處理效果
| 項目 | COD | NH3-N | TN | TP | 色度/倍 |
| 原水 | 83.20 | 0.35 | 19.06 | 1.13 | 48 |
| 出水 | 13.65 | 0.12 | 8.63 | 0.23 | 2 |
| 排放標(biāo)準(zhǔn) | 50.0 | 5.0 | 15.0 | 0.5 | 40 |
| 去除率/% | 83.59 | 65.71 | 54.72 | 79.65 | 95.83 |
由表1中可知，經(jīng)活性炭催化臭氧氧化后，系統(tǒng)出水水質(zhì)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，該方法對COD、NH3-N、TN、TP以及色度的去除率分別為84%、66%、55%、80%和96%，達(dá)到了很好的去除效果。
3結(jié)論
①與單獨臭氧氧化、活性炭吸附相比，AC負(fù)載催化劑的加入，可明顯提高臭氧氧化對印染廢水的處理效果。
②在pH=11、反應(yīng)時間為60min、催化劑投量為50gL、臭氧投量為6.5mg/min的條件下，催化臭氧氧化對印染廢水中COD、NH3-N、TN、TP以及色度的去除率分別為84%、66%、55%、80%和96%，達(dá)到深度處理的目的。
③AC負(fù)載催化劑有穩(wěn)定的催化活性，使用壽命較長。