臭氧技術(shù)在有機(jī)廢氣治理中的應(yīng)用

蔡炳良

（浙江環(huán)耀環(huán)境建設(shè)有限公司，杭州 310012）

1 前言

臭氧是一種強(qiáng)氧化劑，其氧化還原電位達(dá)2.07V，氧化能力僅次于氟，是一種氧化能力極強(qiáng)的氧化劑，可用于氧化降解大多數(shù)的有機(jī)物，包括芳香族化合物、不飽和化合物、難生物降解有機(jī)物和具有毒性的危險(xiǎn)有機(jī)物[1]。臭氧與有機(jī)物反應(yīng)的速度快，使用方便，不會(huì)產(chǎn)生二次污染。目前，臭氧技術(shù)在廢水處理和煙氣處理等多方面都有較多的研究和應(yīng)用。

臭氧氧化技術(shù)是一種近年來(lái)備受重視的水污染治理新技術(shù)，在廢水處理過(guò)程中，臭氧與有機(jī)物的反應(yīng)是通過(guò)兩種途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)的，一種是利用臭氧分子本身的強(qiáng)氧化能力，直接氧化廢水中的有機(jī)污染物；另一種是通過(guò)生成氧化能力更強(qiáng)的HO·來(lái)實(shí)現(xiàn)[2]。臭氧在水溶液中降解產(chǎn)生自由基的反應(yīng)可通過(guò)式①～式⑤來(lái)表示：

由式①～式⑤可知，在酸性條件下，臭氧處理廢水過(guò)程中有機(jī)物的降解主要依靠臭氧分子的直接氧化作用來(lái)實(shí)現(xiàn)；在堿性條件下，臭氧處理廢水過(guò)程中有機(jī)物的降解可同時(shí)通過(guò)臭氧分子和HO·的協(xié)同作用來(lái)實(shí)現(xiàn)，增強(qiáng)臭氧對(duì)廢水的處理效果[3]。

目前，臭氧技術(shù)常用于污水的消毒、除色、除臭、去除有機(jī)物和降低COD等[4]。采用臭氧可在一定程度上改善水質(zhì)，減小后續(xù)生化單元的沖擊負(fù)荷[5]，以提高廢水的可生化性，對(duì)于制定合理的廢水處理策略意義重大。近年來(lái)，由于臭氧氧化過(guò)程形成復(fù)雜的中間產(chǎn)物導(dǎo)致污染物礦化性能較差，難以徹底去除，限制了其在廢水處理領(lǐng)域的應(yīng)用[6]。非均相催化臭氧氧化技術(shù)利用固體催化劑促進(jìn)臭氧降解產(chǎn)生羥基自由基（HO·），可高效去除難降解有機(jī)物，同時(shí)具有易于回收等技術(shù)特點(diǎn)，得到了越來(lái)越多的研究關(guān)注和工程應(yīng)用[7]。

臭氧技術(shù)因可實(shí)現(xiàn)煙氣中多種污染物協(xié)同脫除而具有明顯優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)已成為國(guó)內(nèi)外煙氣綜合治理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。對(duì)于燃煤鍋爐煙氣NOx排放，其中難溶于水的NO體積分?jǐn)?shù)為90%～95%[8]。然而，隨著NOx中O下角標(biāo)x值的增加，NOx在水中的溶解度開始增加，例如NO2、NO3、N2O5等皆溶于水。因此，若對(duì)煙氣中大量的NO進(jìn)行氧化后，則可實(shí)現(xiàn)在脫硫塔中與SO2的協(xié)同脫除[9]。低溫條件下，O3與NO之間的關(guān)鍵反應(yīng)如下[10]：

影響臭氧同時(shí)脫硫、脫硝、脫汞的主要因素有臭氧濃度、反應(yīng)溫度、反應(yīng)停留時(shí)間等，這些因素在不同程度上對(duì)脫硫、脫硝、脫汞有一定的影響，尋找最佳的反應(yīng)條件能使得工藝在提高污染物去除效率的同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)效益。

2 臭氧在治理有機(jī)廢氣中的應(yīng)用

近年來(lái)，隨著有機(jī)廢氣治理行業(yè)的興起，等離子、光催化等技術(shù)也有了大范圍的應(yīng)用，雖然這些技術(shù)各自的廢氣治理的原理不同，但由于大部分技術(shù)和設(shè)備不成熟，在廢氣治理中真正起作用的大部分是臭氧的作用。本文介紹了一種直接采用臭氧處理有機(jī)廢氣的工藝。

2.1 工藝簡(jiǎn)介

臭氧催化法是通過(guò)臭氧與催化填料多相混合后與廢氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)。該工藝流程有著多項(xiàng)氧化催化方式（液相、氣相的氧化催化還原過(guò)程）。處理系統(tǒng)由臭氧主機(jī)和臭氧化催化處理罐兩大單元組成，臭氧主機(jī)產(chǎn)生的臭氧氣體導(dǎo)入臭氧催化處理罐內(nèi)的改性水系統(tǒng)和氣相氧化催化處理罐內(nèi)的永久性催化填料協(xié)同與廢氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)，制備得到的O3不僅純度高且不含其他雜質(zhì)氣體及有害氣體，也是最安全、經(jīng)濟(jì)、便捷的O3制取方式。整個(gè)工藝在特制的密閉腔內(nèi)發(fā)生氧化還原、催化反應(yīng)，整個(gè)反應(yīng)過(guò)程安全無(wú)害，反應(yīng)后的最終產(chǎn)物為水和二氧化碳等無(wú)異味物質(zhì)。系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單、快捷且可智能控制。

臭氧催化法的操作彈性大，運(yùn)行維護(hù)方便，且耗能低、無(wú)耗材、壽命長(zhǎng)，催化填料為永久性催化填料，運(yùn)行費(fèi)用低，維護(hù)便捷。

2.2 工藝流程

廢氣處理系統(tǒng)的工藝流程如圖1。

圖1 廢氣處理系統(tǒng)工藝流程圖

處理系統(tǒng)由臭氧催化分解塔與臭氧主機(jī)兩大部分組成。臭氧主機(jī)產(chǎn)生的臭氧氣體導(dǎo)入臭氧催化分解塔內(nèi)，并與塔內(nèi)的永久性催化填料發(fā)生協(xié)同作用，將廢氣徹底氧化分解。廢氣處理系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖2。

有機(jī)廢氣首先經(jīng)過(guò)初級(jí)預(yù)處理裝置，將廢氣中的含酸堿物質(zhì)去除掉，在負(fù)壓作用下進(jìn)入經(jīng)過(guò)一級(jí)臭氧催化除臭裝置，廢氣與塔中的氧化劑及催化填料將污染因子初步分解，在引風(fēng)機(jī)的作用下進(jìn)入二級(jí)臭氧催化除臭裝置進(jìn)行處理，廢氣中的污染因子被進(jìn)一步去除，從而達(dá)到凈化效果，凈化后的氣體經(jīng)總引風(fēng)機(jī)牽引送至15m高的排氣筒達(dá)標(biāo)排放。

圖2 廢氣處理系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)

3 結(jié)語(yǔ)

臭氧技術(shù)在廢水、煙氣和有機(jī)廢氣處理等不同領(lǐng)域都有應(yīng)用。目前，有機(jī)廢氣處理工藝如低溫等離子、光催化等技術(shù)，實(shí)質(zhì)也是利用臭氧來(lái)分解有機(jī)物，從而達(dá)到治理的效果。本文提出了一種直接采用臭氧處理有機(jī)廢氣的工藝方案，效率高、投資低、無(wú)二次污染。

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