廢水中有機污染物臭氧氧化降解的影響因素及協同處理研究

關鍵詞：臭氧氧化；有機污染物；降解效率；影響因素；協同作用中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：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水中有機物的處理效率。研究影響因素、優化工藝參數及協同處理體系的構建，對于提高廢水處理效率，實現達標排放具有重要意義。

隨著工業化進程的加快，廢水中難降解有機污染物的種類和數量不斷增加，傳統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、無二次污染等優點，在廢水處理領域得到廣泛應用。臭氧氧化降解效果受pH值、溫度、投加量等因素影響，同時通過與紫外線（Ultraviolet，UV）光、 H₂O₂ 和催化劑等的協同作用可顯著提高廢

1臭氧氧化降解有機物反應動力學機理

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

1，3-偶極環加成反應與含有不飽和鍵、芳香環等電子密度較高的有機物發生選擇性氧化，生成醛酮類中間產物。臭氧分子在水中的分解反應方程式為

O₂+H₂O?2?OH+O₂

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

在實際氧化過程中，臭氧分子解離產生超氧陰離子自由基 (??O₂^- ）與 ??OH ，引發自由基鏈式反應，加速有機物降解[2。量子化學計算與自由基捕獲試驗證實，臭氧氧化過程存在多種活性氧物種，包括單線態氧（ ）、超氧陰離子自由基 (??O₂^- 和 ?OH 等，這些活性氧物種的協同作用顯著提高了有機物的降解效率。

2影響臭氧氧化效果的主要因素

2.1 pH 值與溫度對降解效果的影響

ΔpH 值對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 ΔpH 值為8.5時，化學需氧量（Chemical OxygenDemand，COD）去除率和色度去除率達到最高。溫度升高雖然會提高臭氧分解速率，但是會降低其水溶解度。當溫度為 15～35^°C 時， 25°C 為最佳反應溫度，COD去除率達 85% ，色度去除率達 90% 。

2.2臭氧投加量與反應時間的影響

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上升趨勢。反應時間對降解效果的影響明顯，反應 30min 內的降解速率最快，之后逐漸趨于平緩。

2.3目標污染物初始濃度的影響

目標污染物初始濃度對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明顯下降趨勢。試驗數據表明，高濃度條件下傳質阻力增大，氧化劑利用效率降低，需要通過調節其他工藝參數來提高處理效果。

3臭氧氧化協同處理體系構建

3.1臭氧/UV協同氧化體系

臭氧分子在UV照射下發生光解，會產生更多羥基自由基，增強氧化體系的降解能力[3]。UV會將臭氧分子激發形成單線態氧（ Π¹O₂ ），從而快速降解苯環類有機物。在 254nm 紫外光輻照下，臭氧光解產生 H₂O₂ 中間產物，繼續分解產生羥基自由基。當UV光強度為 15W/m² ，臭氧投加量為 60mg/L 時，COD去除率達 95% ，污染物降解反應的表觀速率常數從0.0246min^-1 提升至 0.0458min^-1 。

3.2臭氧 /H₂O₂ 協同氧化體系

加入 H₂O₂ 可促進臭氧分解產生 ?OH ，增強氧化體系的降解能力[4，氧化效果對比如圖1所示。反應 40min 時，臭氧單獨氧化和臭氧 /H₂O₂ 協同氧化的COD去除率分別為 61.2% 和 72.3% ；反應 80min 后，兩者分別達到 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，協同氧化體系的處理效果顯著優于單獨氧化，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，產生更多活性氧物種。當 Fe₃O₄ 用量為 2.0g/L 時，COD去除率提高 20% 。活性炭作為多孔催化劑，可吸附有機污染物并促進臭氧分解，形成三相反應體系。經表面改性處理的催化劑表現出更好的催化性能。

4臭氧氧化技術的工程應用

4.1印染廢水處理工藝設計

印染廢水具有色度高、COD含量大、生化性差等特點，采用“預處理 + 生化處理 + 臭氧氧化 + 深度處理”組合工藝。預處理單元包括格柵、調節池和氣浮。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串聯，投加量控制在 60～80mg/L ， ΔpH 值為8～9，水力停留時間為 60min 。臭氧發生器采用空氣源，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計

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

4.3垃圾滲濾液處理工藝設計

垃圾滲濾液采用“預處理 +UASB 厭氧 +MBR 好氧 + 臭氧氧化 + 納濾”工藝。預處理采用化學沉淀，

UASB設計容積負荷為 ，MBR采用外置式超濾膜組件。臭氧氧化單元停留時間為120min ，投加量為 100～120mg/L ，采用多點布氣。出水COD低于 100mg/L ，氨氮低于 25mg/L 。

5結論

對臭氧氧化降解廢水中有機污染物的研究表明，pH 值、溫度、臭氧投加量等因素密切相關且存在交互作用。臭氧與其他氧化技術協同應用可顯著提高處理效果。未來，應針對不同廢水的特點，優化工藝參數，采用合適的協同氧化技術，實現廢水達標排放和資源化利用，推動水污染防治技術不斷進步。

參考文獻

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