廢水中有機(jī)污染物臭氧氧化降解的影響因素及協(xié)同處理研究

關(guān)鍵詞：臭氧氧化；有機(jī)污染物；降解效率；影響因素；協(xié)同作用中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500(2025)06-0056-03DOI: 10.3969/j.issn.1008-9500.2025.06.015

Research on the Influencing Factors and Synergistic Treatment of Ozone Oxidation Degradation of Organic Pollutants in Wastewater

YANGPengwei (Shandong Metallurgical Design Institute Co.，Ltd.， Jinan 25Oooo，China)

Abstract:To improve wastewater treatment efciency，this studyanalyzed the influencing factorsand synergistic treatmentefectofozoneoxidationdegradationoforganicpollutants in wastewater.Bysystematicallanalyzing theeffects of keyparameters such as pH value，temperature，and ozone dosage on the degradation efficiency of organic matter，this study explores thechanges in Chemical Oxygen Demand(COD)removalrate，chromaticity reductionrate，andpollutant mineralizationdegreeunderdiferentreactionconditions.The experimentalresults indicatethat whenthepHvalue is8.5， the removalratesofCODandchromaticityreachtheirhighestlevels.Thesynergisticeffectsofozone with Ultraviolet (UV) and H₂O₂ were investigated，leading to the establishment of three synergistic oxidation systems: ozone/UV，ozone/H _?2O₂ ，and ozone/catalyst.Thesesystemssignificantlyimprovedtreatment eficiencyandcanprovideatheoreticalbasis forpractical engineering applications.

Keywords:ozone oxidation;organic pollutants;degradation efciency;influencing factors;synergistic effect水中有機(jī)物的處理效率。研究影響因素、優(yōu)化工藝參數(shù)及協(xié)同處理體系的構(gòu)建，對(duì)于提高廢水處理效率，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放具有重要意義。

隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快，廢水中難降解有機(jī)污染物的種類和數(shù)量不斷增加，傳統(tǒng)生物處理方法難以滿足處理要求。臭氧氧化作為一種高效的處理工藝，具有氧化能力強(qiáng)、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，在廢水處理領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。臭氧氧化降解效果受pH值、溫度、投加量等因素影響，同時(shí)通過與紫外線（Ultraviolet，UV）光、 H₂O₂ 和催化劑等的協(xié)同作用可顯著提高廢

1臭氧氧化降解有機(jī)物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理

臭氧分子在水溶液中存在直接氧化與間接氧化兩種反應(yīng)途徑[1。在直接氧化過程中，臭氧分子通過

1，3-偶極環(huán)加成反應(yīng)與含有不飽和鍵、芳香環(huán)等電子密度較高的有機(jī)物發(fā)生選擇性氧化，生成醛酮類中間產(chǎn)物。臭氧分子在水中的分解反應(yīng)方程式為

O₂+H₂O?2?OH+O₂

間接氧化過程則由臭氧分子在強(qiáng)堿性條件下分解產(chǎn)生羥基自由基 (σ?oH) ），具有更強(qiáng)的氧化性，可快速發(fā)生非選擇性氧化反應(yīng)。臭氧與羥基離子的反應(yīng)可以表示為

在實(shí)際氧化過程中，臭氧分子解離產(chǎn)生超氧陰離子自由基 (??O₂^- ）與 ??OH ，引發(fā)自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，加速有機(jī)物降解[2。量子化學(xué)計(jì)算與自由基捕獲試驗(yàn)證實(shí)，臭氧氧化過程存在多種活性氧物種，包括單線態(tài)氧（ ）、超氧陰離子自由基 (??O₂^- 和 ?OH 等，這些活性氧物種的協(xié)同作用顯著提高了有機(jī)物的降解效率。

2影響臭氧氧化效果的主要因素

2.1 pH 值與溫度對(duì)降解效果的影響

ΔpH 值對(duì)臭氧氧化的污染物降解效率有顯著影響，如表1所示。由表1可知，當(dāng) ΔpH 值為8.5時(shí)，化學(xué)需氧量（Chemical OxygenDemand，COD）去除率和色度去除率達(dá)到最高。溫度升高雖然會(huì)提高臭氧分解速率，但是會(huì)降低其水溶解度。當(dāng)溫度為 15～35^°C 時(shí)， 25°C 為最佳反應(yīng)溫度，COD去除率達(dá) 85% ，色度去除率達(dá) 90% 。

2.2臭氧投加量與反應(yīng)時(shí)間的影響

臭氧投加量的增加可顯著提高氧化體系中的活性氧濃度。如表2所示，臭氧投加量從 20mg/L 增加至 100mg/L 的過程中，COD去除率和色度去除率均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。反應(yīng)時(shí)間對(duì)降解效果的影響明顯，反應(yīng) 30min 內(nèi)的降解速率最快，之后逐漸趨于平緩。

2.3目標(biāo)污染物初始濃度的影響

目標(biāo)污染物初始濃度對(duì)臭氧氧化效果有著重要的影響。如表3所示，隨著初始COD濃度從 500mg/L 增加至 2000mg/L ，COD去除率和色度去除率呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，高濃度條件下傳質(zhì)阻力增大，氧化劑利用效率降低，需要通過調(diào)節(jié)其他工藝參數(shù)來提高處理效果。

3臭氧氧化協(xié)同處理體系構(gòu)建

3.1臭氧/UV協(xié)同氧化體系

臭氧分子在UV照射下發(fā)生光解，會(huì)產(chǎn)生更多羥基自由基，增強(qiáng)氧化體系的降解能力[3]。UV會(huì)將臭氧分子激發(fā)形成單線態(tài)氧（ Π¹O₂ ），從而快速降解苯環(huán)類有機(jī)物。在 254nm 紫外光輻照下，臭氧光解產(chǎn)生 H₂O₂ 中間產(chǎn)物，繼續(xù)分解產(chǎn)生羥基自由基。當(dāng)UV光強(qiáng)度為 15W/m² ，臭氧投加量為 60mg/L 時(shí)，COD去除率達(dá) 95% ，污染物降解反應(yīng)的表觀速率常數(shù)從0.0246min^-1 提升至 0.0458min^-1 。

3.2臭氧 /H₂O₂ 協(xié)同氧化體系

加入 H₂O₂ 可促進(jìn)臭氧分解產(chǎn)生 ?OH ，增強(qiáng)氧化體系的降解能力[4，氧化效果對(duì)比如圖1所示。反應(yīng) 40min 時(shí)，臭氧單獨(dú)氧化和臭氧 /H₂O₂ 協(xié)同氧化的COD去除率分別為 61.2% 和 72.3% ；反應(yīng) 80min 后，兩者分別達(dá)到 75.1% 和 92.0% 。在 ΔpH 值為8.5、溫度為 25°C 、臭氧投加量為 80mg/L 、 H₂O₂ 與臭氧投加比為 0.5:1.0 的條件下，協(xié)同氧化體系的處理效果顯著優(yōu)于單獨(dú)氧化，處理后出水的五日生化需氧量（Biochemical Oxygen Demand after5days， BOD₅ ）與COD的比值從0.15提升至 0.42 。

3.3臭氧/催化劑協(xié)同氧化體系

催化劑的引入可顯著提高臭氧氧化效率，常用催化劑包括過渡金屬氧化物、分子篩和活性炭等[5]。Fe₃O₄ 、 MnO₂ 等金屬氧化物催化劑通過表面羥基與臭氧反應(yīng)，產(chǎn)生更多活性氧物種。當(dāng) Fe₃O₄ 用量為 2.0g/L 時(shí)，COD去除率提高 20% 。活性炭作為多孔催化劑，可吸附有機(jī)污染物并促進(jìn)臭氧分解，形成三相反應(yīng)體系。經(jīng)表面改性處理的催化劑表現(xiàn)出更好的催化性能。

4臭氧氧化技術(shù)的工程應(yīng)用

4.1印染廢水處理工藝設(shè)計(jì)

印染廢水具有色度高、COD含量大、生化性差等特點(diǎn)，采用“預(yù)處理 + 生化處理 + 臭氧氧化 + 深度處理”組合工藝。預(yù)處理單元包括格柵、調(diào)節(jié)池和氣浮。生化處理采用厭氧-缺氧-好氧（Anaerobic-Anoxic-Oxic， A²O )工藝，臭氧氧化單元采用多級(jí)串聯(lián)，投加量控制在 60～80mg/L ， ΔpH 值為8～9，水力停留時(shí)間為 60min 。臭氧發(fā)生器采用空氣源，濃度為50～80mg/L ，通過文丘里管混合。處理后出水COD低于 100mg/L ，色度小于40倍。

4.2制藥廢水處理工藝設(shè)計(jì)

制藥廢水含有大量難降解藥物活性成分和中間體，采用“預(yù)處理 + 厭氧處理 + 好氧處理 + 臭氧催化氧化”工藝。預(yù)處理調(diào)節(jié) pH 值至中性，厭氧采用升流式厭氧污泥床（UpflowAnaerobicSludgeBlanket，UASB）反應(yīng)器，停留時(shí)間為 24h 。好氧采用膜生物反應(yīng)器（MembraneBio-Reactor，MBR）工藝，臭氧催化氧化單元采用固定床反應(yīng)器，以 Fe₃O₄ 、活性炭為催化劑，臭氧投加量控制在 80～100mg/L ，反應(yīng)時(shí)間為 90min ，出水COD低于 150mg/L 。

4.3垃圾滲濾液處理工藝設(shè)計(jì)

垃圾滲濾液采用“預(yù)處理 +UASB 厭氧 +MBR 好氧 + 臭氧氧化 + 納濾”工藝。預(yù)處理采用化學(xué)沉淀，

UASB設(shè)計(jì)容積負(fù)荷為 ，MBR采用外置式超濾膜組件。臭氧氧化單元停留時(shí)間為120min ，投加量為 100～120mg/L ，采用多點(diǎn)布?xì)?。出水COD低于 100mg/L ，氨氮低于 25mg/L 。

5結(jié)論

對(duì)臭氧氧化降解廢水中有機(jī)污染物的研究表明，pH 值、溫度、臭氧投加量等因素密切相關(guān)且存在交互作用。臭氧與其他氧化技術(shù)協(xié)同應(yīng)用可顯著提高處理效果。未來，應(yīng)針對(duì)不同廢水的特點(diǎn)，優(yōu)化工藝參數(shù)，采用合適的協(xié)同氧化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)廢水達(dá)標(biāo)排放和資源化利用，推動(dòng)水污染防治技術(shù)不斷進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

1孔藝蓮，候志昂，王津南.碳基材料催化臭氧氧化凈水研究進(jìn)展[J].中國環(huán)境科學(xué)，2025（2）：854-869.

2 羅桂林，王婷，耿雅雯.載鐵活性氧化鋁催化臭氧氧化處理廢水COD的工藝研究[J].云南化工，2024（6）:53-55.

3 靳蘇娜，呂瑞亮.非均相催化臭氧氧化處理工業(yè)廢水的研究進(jìn)展[J].無機(jī)鹽工業(yè)，2024（3）：28-38.

4戈瑋焜.臭氧氧化深度處理工藝對(duì)有機(jī)污染物去除效果研究[J].黑龍江環(huán)境通報(bào)，2023（4）：30-32.

5程瑩，臧紀(jì)，宋駿杰，等.基于臭氧微納米氣泡的 O₃-H₂O₂ 體系降解有機(jī)污染物的效能與影響因素[J].環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報(bào)，2022（4）：1317-1323.