臭氧催化氧化对有机物降解效果分析

接上一篇文章：臭氧催化氧化处理化学镀镍废水实验方法
臭氧催化氧化对有机物降解效果分析
1）臭氧投加量的影响。
臭氧催化氧化实验在室温下进行，废水初始 pH 为 5，反应时间为 60 min，通过调节臭氧进气浓度控制臭氧的投加量，图 2 和图 3 为不同臭氧投加量条件下水中有机物的降解情况。由图 2 可知，随着臭氧投加量的增加，水中 COD 的去除率不断升高，当臭氧投加量增 至 400 mg·L−1 时 ， COD由 532  mg·L−1 降 至 246  mg·L−1， UV254 由 0.468降至 0.098，COD 和 UV254 的去除率分别升至53.7% 和 79.1%。COD 和 UV254 的去除率随着臭氧投加量的增加而逐步升高，当臭氧投加量增到 300 mg·L−1 时，COD 和 UV254 的去除率开始趋于平缓，臭氧的利用率开始下降。臭氧催化氧化主要通过臭氧催化产生·OH，通过·OH 氧化水中有机物。随着臭氧投加量的增加，有机物不断被降解，随着水中可被氧化的有机物的减少，·OH 与有机物发生碰撞的概率降低[17]，从而导致臭氧的利用率下降。

2) 溶液初始 pH 的影响。
实验选取了 4 个不同的 pH，用 NaOH 调节废水 pH，臭氧催化氧化时间为 60 min，臭氧的投加量为 300 mg·L−1。由 图 4 可知，初 始 pH 对臭氧催化氧化降 解COD 的影响较大，随着 pH 的升高，COD 的去除率呈上升趋势，当初始 pH 从 5 升到 9 时，COD 的去除率从 46.4% 升至 52.1%。臭氧间接氧化较多发生在中、碱性条件下，臭氧在碱性条件下很不稳定，易促进其自身分解[18]，可通过自发的一系列链式反应生成强氧化性的·OH[19]，更有利于 COD 的去除。此外随着废水pH 的升高，水中 OH−浓度增加，加剧了臭氧分解产生·OH。

当废水 pH 进一步升高至 11 时，COD 的去除率下降至 40.2%，这可能是因为臭氧催化剂的零电荷点 在 pH=9 附近，酸性或过碱性条件都影响了催化剂表面羟基的电荷形态[20]。此外，由于 pH 的升高，导致羟基自由基的淬灭速率提高，降低了与有机物的接触概率，导致 COD 去除率的降低[21]。

3) 反应时间的影响。
臭氧催化氧化实验在室温下进行，在废水初始 pH 为 5，通过调节臭氧进气浓度控制臭氧投加量为 300 mg·L−1 的条件下，考察了臭氧催化氧化时间对有机物去除效果的影响，结果如图 5 所示。当反应时间从 30 min 增至 60 min 时，COD 和 UV254 的去除率分别从 34.6%、60.4% 升高到 46.4%、76.3%，有机物的去除率随反应时间的延迟而增加。这是由于·OH 在水中的寿命很短 [22]，大约 为 10−9  s，臭氧催化氧化中·OH 氧化反应实际发生在催化剂周围，在传质不充分的反应条件下，部分·OH 在未知有机物发生反应之前就已经被淬灭。当臭氧催化氧化时间缩短时，单位时间内臭氧投加量加大，产生的·OH 增多，导致大量·OH 未参与反应就淬灭，从而导致有机物去除率下降。当反应时间到达一定的临界点时，再延长反应时间，其去除率增加不再明显，臭氧催化氧化反应从 60 min延长至 90 min 时，COD 和 UV254 的去除率基本不变。