钛白废水臭氧催化氧化技术研究

2021-02-05方宝富崔艳

中国环保产业 2021年1期

方宝富，崔艳

（山东道恩钛业有限公司，山东龙口 265600）

硫酸法生产钛白粉主要是将硫酸和富钛料进行反应，工艺复杂，生产流程长。生产原料钛渣、钛矿的成分复杂，在部分工序需添加一部分辅料，致使产生的废水、废酸成分复杂。在污水处理过程中，COD、氨氮的去除较难，行业内一直在研究最有效、最快速的去除方法。废水深度处理中应用较多的高级氧化工艺主要有电化学氧化、次氯酸钠等强氧化剂氧化以及臭氧催化氧化等技术。本文研究了采用臭氧催化氧化方式处理废水的效果。

1 臭氧及催化氧化方式

1.1 臭氧的性质

臭氧是一种氧化性极强的不稳定性气体，一般情况通过制氧单元现场制备，臭氧是氧气的同素异形体，含3 个氧原子，呈SP2 杂化轨道，成离域π 键，形状为V 形，极性分子。臭氧在常温常压下为淡蓝色气体，水的溶解度为9.2mLO3/L。臭氧具有很强的氧化性，氧化还原电位为2.07V，单质中仅低于F2（3.06V）。

1.2 臭氧催化氧化的方式

在废水深度处理中应用较多的高级氧化工艺主要有电化学氧化、次氯氧化以及臭氧催化氧化等技术，考虑到现有工艺中次氯氧化工艺的效果不理想以及由于废水中的COD 主要由无机盐贡献，对电极板的腐蚀影响较大，电化学氧化不适用，因此本方案选择臭氧催化氧化工艺处理该废水。

1.3 臭氧催化氧化的主要优点

在催化剂作用下，产生强氧化剂-羟基自由基OH·（E0=2.8V），其电位高、无选择性、反应能力强，速度快[1]（远高于臭氧氧化反应速率），可引发链反应，反应速率是臭氧氧化的100～1000 倍。催化氧化塔采用溶气式布气方式，增加了臭氧在水中的溶解度，臭氧利用率高，难降解有机物经臭氧催化氧化后，转化为CO2、H2O、小分子有机物，有利于后续好氧生物处理[1]。采用氧化塔逆向接触，增大接触比表面积、孔隙率，提供活性吸附位，生成活性、低活化能的中间络合物[2]，提高氧化反应效率。氧化塔中设有填料层，以稀有金属氧化物为催化剂，氧化活性高、磨损少、无二次污染。

2 钛白废水臭氧催化氧化反应机理

钛白废水的高级臭氧催化氧化工艺是在常温常压下，利用臭氧产生大量的OH·，与废水中难降解有机物进行加成、取代、电子转移、断键等系列反应，使废水中的有机物逐渐降解为CO2和H2O，从而降低废水中的COD、氨氮浓度，反应机理见图1。

图1 反应机理

3 钛白废水臭氧催化氧化的反应流程

如图2 所示，空气经过制氧单元产生臭氧，与废水（经在线清洗过滤器去除废水中SS）一起从臭氧催化塔的底部由加压泵送入，在催化剂的作用下发生催化氧化反应，反应后的废水一部分从塔中部回流至进水泵的入口，另一部分从塔上部流出进入臭氧催化塔底部，由加压泵抽出送到臭氧催化塔顶部，经布水器喷淋而下流入第二催化剂层，与从催化反应塔中反应后出来的气体逆向接触发生二次催化氧化。二次反应后的气体从尾气排空口排出，处理后的水一部分回流至塔底，另一部分从处理水出口流出。臭氧催化塔产生的尾气经过臭氧尾气破坏器对未反应的臭氧进行处理，防止过量臭氧对环境造成影响。