催化臭氧氧化法在有机废水处理中的应用研究

摘 要：环境污染是制约我国可持续发展的重要问题，其中有机废水是重要的污染物，如何有效处理有机废水中的污染物是当前刻不容缓的问题。纳米TiO2-臭氧-光催化法为新型环保友好氧化技术，能够在普通条件下将臭氧难以氧化的废水中的有机物彻底氧化。文章首先介绍了纳米TiO2-臭氧-光催化法的反应原理，然后对纳米TiO2-臭氧-光催化法在有机废水处理中的应用进行了分析。

关键词：催化臭氧氧化法；有机废水；处理；应用

近几年来，随着我国工业化水平的不断提高，环境污染程度也在不断加剧，从而严重影响了我国的生态环境，阻碍着我国可持续发展的进程。对于含有大量复杂有机物，难以进行生物降解的废水，常规废水处理技术难以净化。纳米TiO2-臭氧-光催化法为新型环保友好氧化技术，能够在普通条件下将臭氧难以氧化的废水中的有机物彻底氧化。研究发现，纳米TiO2可在紫外光下对多氯联苯进行脱氯处理，实现多氯联苯的降解[1]。资料显示，将臭氧联合上述光催化体系中能够有效促进生产·OH（羟基自由基）与·O2-（超氧化物自由基），其中·OH的氧化电位在臭氧氧化电位的35%以上，其反应速率常数为106L/（mol·s）—109L/（mol·s），能够有效降解有机废水中难降解的有机物，甚至可以将其直接氧化成为H2O、CO2、无机盐，并且不会形成二次污染[2]。

1 纳米TiO2-臭氧-光催化反应原理

纳米TiO2-臭氧-光催化反应的反应原理见下列反应式：

Hv + TiO2→e-+h+ （1）

H2O+h+→h++OH·（2）

OH-+h+→OH·（3）

O3+e-→O3·-（4）

O3·-+H+→HO3· （5）

HO3·→OH·+O2 （6）

Hv+O3→O2+O·（7）

H2O+O·→2OH·（8）

OH·+O3→O2+HO2·（9）

O2+e-→·O2-（10）

2HO2+2·O2-→2H2O2+O2（11）

e-+H2O2→OH-+·OH（12）

HO·/·O2-（或HO2·）→H2O+CO2+無机盐（13）

在上述反应中，在光的作用下，O3可部分分解为O·与O3·-，O·与O3·-可激发链式反应产生大量的·O2-与·OH自由基。资料显示，TiO2与O3的起始浓度对纳米TiO2-臭氧-光催化反应起着重要的作用。纳米TiO2-臭氧-光催化反应的氧化能力主要源于O3分解生成的·OH，此外，臭氧具有较强的捕获e-的能力，且e- 从TiO2向O3转移的速度显著快于e- 从TiO2向O2转移的速度，从而使纳米TiO2-臭氧-光催化反应过程中生成大量的·OH。研究发现，在反应过程中，O3极强的电负性可有效降低催化剂电子-空穴复合机率，在降低O3使用量的同时，增大了有机物的处理范围，大大节约了处理有机废水的成本[3]。

2 纳米TiO2-臭氧-光催化反应在有机废水处理中的应用

在我国，有机废水是重要的污染物，并且传统生化处理方法不但难以达到处理标准并且还会导致二次污染。资料显示，有机废水中主要含有种类繁多，成分复杂的难以降解的有机物。周琳琳等比较光催化、臭氧、TiO2光催化及纳米TiO2-臭氧-光催化反应等方法处理五氯苯酚的效果，结果表明，纳米TiO2-臭氧-光催化反应可有效去除五氯苯酚，且去除五氯苯酚的效率远高于光催化、臭氧、TiO2光催化等方法。在实验过程中，若降低五氯苯酚的初始浓度，可显著提高其降解率。若增加臭氧浓度五氯苯酚的降解率也随之升高，最高可达98.4%。在试验中，改变实验的pH值，五氯苯酚的降解率变化不大，说明酸碱度对臭氧-光催化-纳米TiO2的影响不大[4]。Yeber等比较臭氧-光催化、臭氧-光催化-氧化锌、纳米TiO2-臭氧-光催化反应、氧气-光催化-氧化锌、氧气-光催化-TiO2等方法降解ECF漂白废水的效果，实验结果表明，上述方法均可不同程度地降低废水中TOC、COD的浓度，且反应后废水中的可生化性指标明显增加，且纳米TiO2-臭氧-光催化反应对废水中TOC、COD的降解率达80%、75%。在反应进行5min后，废水中可生化性指标即可达0.6，提示纳米TiO2-臭氧-光催化反应降解ECF漂白废水的效果良好[5]。

3 结束语

近几年来，随着科学技术的发展，纳米TiO2-臭氧-光催化反应已经逐渐应用于工业有机废水的处理，但是该方法尚存在着臭氧溶解度低，TiO2易中毒、带隙宽以及量子化效率低等问题，需要在今后继续加大研究力度，不断提高有机废水处理水平，减少环境污染。

参考文献

[1]饶冰青.多维电催化技术在高浓度难降解有机废水处理领域的应用[J].低碳世界，2015（18）：12-13.

[2]徐 .有机磷农药废水处理方法研究进展[J].安徽农业科学，2015，

43（1）：93-94.

[3]时明田.高浓度有机废水处理技术研究现状[J].资源节约与环保，2014（5）：43-43.

[4]史冉冉，王宝辉，苑丹丹.难降解有机废水处理技术研究进展[J].工业催化，2014，22（9）：665-670.

[5]Yeber Cristina M，Jaime Rodríguez，Juanita Freer，et al.Advanced oxidation of a pulp mill bleaching wastewater[J].Chemosphere，1999，39（10）：1679-1688.

作者简介：蔡玮（1967，4-），女，汉，上海，大学本科，中学高级，水污染控制。