杨杰

摘 要：臭氧催化氧化技术属于一种新型的饮用水处理方法，其反应阶段利用OH具有较强的氧化能力，降解解決化学结构繁复、很难被生物处理的有机物质。针对这个技术的应用原理、反应种类和使用前景等进行研究，同时简单介绍臭氧催化氧化技术常见的不足。

关键词：臭氧催化氧化技术 OH 饮用水 使用

1、臭氧催化氧化工艺的作用原理

在水溶液内，O3的氧化作用是经过直接反应与间接反应两种方式实现的。直接反应就是O3经过其强氧化性直接和有机物质接触反应，转变有机污染物的化学机构，把不饱和烃转变成饱和烃，把大分子量的杂质转变成小分子量的杂质，这个反应拥有选择性；间接反应里臭氧不直接和有机物质作用，其是在催化剂的影响下出现OH基，OH基是二次氧化剂和有机污染物产生反应，产生有机自由基能够继续参加羟基自由基的链式反应，或是通过产生的有机氧化物自由基不断产生氧化分解作用。

羟基自由基在各类深度氧化法中都会产生，其反应原理有很多相似的地方。羟基自由基有很高的氧化还原电位与电子亲和水平，属于一种氧化性较强的基团，在水处理时，其能够通过亲电加成、脱氢、电子转移的手段和污染物进行作用，并且这个反应不具备选择性，作用速率常数是108-1010（molL-1）-1S-1，反应过程较为彻底。

2、臭氧催化氧化工艺的发展现状

臭氧催化氧化工艺是把臭氧的强氧化性与催化剂的吸收、催化性能融合在一起，可以有效处理有机污染物降解不彻底的问题。按照催化方式的差异，臭氧催化氧化能分成均相催化氧化与非均相催化氧化。前者是首先产生的一种高级氧化工艺，其是经过向臭氧氧化结构增添液体催化剂来实现的。最常见的均相催化剂主要是过渡金属离子，包含Fe（Ⅱ）、Mn（Ⅱ）、Ni（Ⅱ）、Co（Ⅱ）、Cd（Ⅱ）、Ag（Ι）、Cr（Ⅲ）等，在水溶液内，金属离子能够引发臭氧出现O2-，而O2-和O3产生的O3-较快就分解，出现一个OH，让反应正常进行。可是在O3和金属离自己催化氧化单元中，金属离子催化剂通常容易在反应阶段随着溶液而流失和分离，严重影响了它的实际运用。

而非均相催化氧化是借助固体催化剂结合臭氧氧化来减少反应活性能和转白反应历程，进而实现深度氧化，最大程度上处理有机物质的目的[1]。非均相催化氧化反应时所涵盖的催化剂主要有金属、金属氧化物、过渡金属、多度金属氧化物。在这个氧化单元中具有固、液、气三种状态，相较于均相催化氧化而言，此反应要复杂得多，其中，固体催化剂的选用是这个技术是否拥有高效氧化水平的重点。

2.1 对有机物质的处理

饮用水中的有机物质主要有脂肪类、芳香族类和腐殖酸类，单一的臭氧氧化在有机污染物的处理上拥有选择性、氧化效率小，但臭氧催化氧在该方面则拥有显著的优越性。

据调查显示，土霉味与鱼腥味属于饮用水中存在最普遍的两种气味，2-MIB、Geosmin、IBMP、IPMP和TCA是造成土霉味的最关键物质[2]。对于很难被氧化损坏的致臭微量物质，O3催化氧化作为最优竞争水平的氧化工艺，对2-MIB与Geosmin的氧化损坏主要有OH来实现，并且满足一级动力学反应模型。实践显示，TiO2等固体催化剂的添加可以促使溶液中出现更多的羟基自由基，进而大大提升臭氧氧化对臭味杂质的处理效果。

2.2 对O3氧化副产物的管理

溴酸盐是一种关键的O3氧化副产物，已被国际癌症研究单位定为2B级潜藏致癌化合物，由于其产生机理比较复杂，当前还没有一种很好的方法去完全处理它[3]。研究显示，催化剂的增加能够转换溴酸盐的形成途径，所以通过使用O3催化氧化技术来改良O3的氧化条件，进而控制溴酸盐的开发成为处理饮用水的关键。

O3催化氧化在管理溴酸盐上的隐性因素是多角度的，主要有催化剂的种类和用量、溴离子的浓度、溶液的酸碱值、反应气温等，其作用原理主要是优化O3的氧化技术，延伸O3ID反应过程的接触施加，减少溶液中的剩余O3浓度，进而管控溴酸盐的形成[4]。研究显示，在O3投量是2mg/L、水温是6摄氏度到22摄氏度时，O3催化氧化出水内的剩余O3含量是0.019到0.08mg/L，而单纯O3氧化出水内的剩余O3浓度是0.03到0.43mg/L。

O3催化氧化在管理溴酸盐生成上具有较大的优势，但单一的O3催化氧化技术并不能完全控制溴酸盐的形成，所以一定要开发O3催化氧化的后续联用技术，来进行溴酸盐与有机物质的管控。相关研究人员比较了O3催化氧化-活性联用技术和单一O3催化氧化技术在溴酸盐上的去除效果，研究显示，联用技术出水中的溴酸盐含量要比后者少，超标率也从30%减少到0。

O3催化氧化阶段出现的OH是一种二次氧化剂，拥有较强的强化性，对微量高可靠性的有机污染物拥有较好的处理水平[5]。O3催化氧化能够提高O3的使用率，提升氧化作用效率，降低O3氧化副产物的形成。因此在饮用水处理过程中这个工艺将会有十分广阔的使用前景。但是，O3催化氧化技术是一种新型技术，还有很多需要解决的问题，比如，其反应机理还不明确。在催化反应中，尤其是非均相催化氧化单元，反应环节较为复杂，对于不同的有机物质一定要使用不同的催化剂，因此当前试验阶段不同研究人员所获得的结论存在一定的矛盾，还需要加大对催化机理的进一步探究。

参考文献

[1]李凤娟.李小龙.徐菲.刘庆月.张增迎.曹保久.臭氧催化氧化技术在水处理中的应用[J].山东化工，2016（19）：142-143.

[2]李鹏程.孙文全.刘舒华.刘爱宝.光催化氧化技术在饮用水处理中的应用及研究进展[J].宁夏农林科技，2011（05）：63-64+72.

[3]陈璐.曾韬.李竹.杨林.纳米TiO_2光催化臭氧化技术在处理难降解有机废水中的应用[J].环境工程，2014（S1）：125-129.

[4]陈发.臭氧催化氧化+MBR在污水深度处理中的应用[J].化工管理，2015（23）：216-217.

[5]邵强.陆彩霞.陈爱民.杨清华.张艳芳.臭氧催化氧化工艺在丙烯腈废水深度处理中的应用[J].山东化工，2015（19）：140-143.