臭氧技术在有机废气治理中的应用

蔡炳良

（浙江环耀环境建设有限公司，杭州 310012）

1 前言

臭氧是一种强氧化剂，其氧化还原电位达2.07V，氧化能力仅次于氟，是一种氧化能力极强的氧化剂，可用于氧化降解大多数的有机物，包括芳香族化合物、不饱和化合物、难生物降解有机物和具有毒性的危险有机物[1]。臭氧与有机物反应的速度快，使用方便，不会产生二次污染。目前，臭氧技术在废水处理和烟气处理等多方面都有较多的研究和应用。

臭氧氧化技术是一种近年来备受重视的水污染治理新技术，在废水处理过程中，臭氧与有机物的反应是通过两种途径来实现的，一种是利用臭氧分子本身的强氧化能力，直接氧化废水中的有机污染物；另一种是通过生成氧化能力更强的HO·来实现[2]。臭氧在水溶液中降解产生自由基的反应可通过式①～式⑤来表示：

由式①～式⑤可知，在酸性条件下，臭氧处理废水过程中有机物的降解主要依靠臭氧分子的直接氧化作用来实现；在碱性条件下，臭氧处理废水过程中有机物的降解可同时通过臭氧分子和HO·的协同作用来实现，增强臭氧对废水的处理效果[3]。

目前，臭氧技术常用于污水的消毒、除色、除臭、去除有机物和降低COD等[4]。采用臭氧可在一定程度上改善水质，减小后续生化单元的冲击负荷[5]，以提高废水的可生化性，对于制定合理的废水处理策略意义重大。近年来，由于臭氧氧化过程形成复杂的中间产物导致污染物矿化性能较差，难以彻底去除，限制了其在废水处理领域的应用[6]。非均相催化臭氧氧化技术利用固体催化剂促进臭氧降解产生羟基自由基（HO·），可高效去除难降解有机物，同时具有易于回收等技术特点，得到了越来越多的研究关注和工程应用[7]。

臭氧技术因可实现烟气中多种污染物协同脱除而具有明显优势，近年来已成为国内外烟气综合治理领域的研究热点。对于燃煤锅炉烟气NOx排放，其中难溶于水的NO体积分数为90%～95%[8]。然而，随着NOx中O下角标x值的增加，NOx在水中的溶解度开始增加，例如NO2、NO3、N2O5等皆溶于水。因此，若对烟气中大量的NO进行氧化后，则可实现在脱硫塔中与SO2的协同脱除[9]。低温条件下，O3与NO之间的关键反应如下[10]：

影响臭氧同时脱硫、脱硝、脱汞的主要因素有臭氧浓度、反应温度、反应停留时间等，这些因素在不同程度上对脱硫、脱硝、脱汞有一定的影响，寻找最佳的反应条件能使得工艺在提高污染物去除效率的同时兼顾经济效益。

2 臭氧在治理有机废气中的应用

近年来，随着有机废气治理行业的兴起，等离子、光催化等技术也有了大范围的应用，虽然这些技术各自的废气治理的原理不同，但由于大部分技术和设备不成熟，在废气治理中真正起作用的大部分是臭氧的作用。本文介绍了一种直接采用臭氧处理有机废气的工艺。

2.1 工艺简介

臭氧催化法是通过臭氧与催化填料多相混合后与废气发生氧化还原反应。该工艺流程有着多项氧化催化方式（液相、气相的氧化催化还原过程）。处理系统由臭氧主机和臭氧化催化处理罐两大单元组成，臭氧主机产生的臭氧气体导入臭氧催化处理罐内的改性水系统和气相氧化催化处理罐内的永久性催化填料协同与废气发生氧化还原反应，制备得到的O3不仅纯度高且不含其他杂质气体及有害气体，也是最安全、经济、便捷的O3制取方式。整个工艺在特制的密闭腔内发生氧化还原、催化反应，整个反应过程安全无害，反应后的最终产物为水和二氧化碳等无异味物质。系统操作简单、快捷且可智能控制。

臭氧催化法的操作弹性大，运行维护方便，且耗能低、无耗材、寿命长，催化填料为永久性催化填料，运行费用低，维护便捷。

2.2 工艺流程

废气处理系统的工艺流程如图1。

图1 废气处理系统工艺流程图

处理系统由臭氧催化分解塔与臭氧主机两大部分组成。臭氧主机产生的臭氧气体导入臭氧催化分解塔内，并与塔内的永久性催化填料发生协同作用，将废气彻底氧化分解。废气处理系统现场见图2。

有机废气首先经过初级预处理装置，将废气中的含酸碱物质去除掉，在负压作用下进入经过一级臭氧催化除臭装置，废气与塔中的氧化剂及催化填料将污染因子初步分解，在引风机的作用下进入二级臭氧催化除臭装置进行处理，废气中的污染因子被进一步去除，从而达到净化效果，净化后的气体经总引风机牵引送至15m高的排气筒达标排放。

图2 废气处理系统现场

3 结语

臭氧技术在废水、烟气和有机废气处理等不同领域都有应用。目前，有机废气处理工艺如低温等离子、光催化等技术，实质也是利用臭氧来分解有机物，从而达到治理的效果。本文提出了一种直接采用臭氧处理有机废气的工艺方案，效率高、投资低、无二次污染。

[1] Pena M，Coca M，Gonzalez G，et a1.Chemical oxidation of wastewater from molasses fermentation with ozone[J].Chemosphere，2003，51（9）：893．

[2] Staehelin J，Hoigne J.Decomposition of ozone in water：rate of initiation by hydroxide ions and hydrogen peroxide[J].Environ.Sci.Teehn01.1982，16（10）：676．

[3] 雷利荣，李友明.臭氧催化臭氧氧化法处理制浆废水的研究进展[J].中国造纸，2013，32（5）：56.

[4] 胡奇，胡豫娟，高大文.臭氧氧化法强化处理纤维素乙醇废水研究[J].工业水处理，2017，37（2）：79.

[5] 曲久辉.强化臭氧化在处理有机废水中的典型反应与应用[J].环境科学，1997，18（3）：77-79.

[6] FARIA P C C，ORFAO J J M，PEREIRA M F R Activated carbon and ceria catalysts applied to the catalytic ozonation of dyes and textile efluents[J].Applied Catalysis B—Environmental，2009，88（3/4）：341-350．

[7] 庄海峰，黄海丽，徐科龙，等.废弃物水稻秸秆制备催化剂强化臭氧深度处理造纸废水的效能[J].化工学报，2017，68（1）：314.

[8] WANG Z，ZHOU J，ZHU Y，et a1.Simultaneous removal of NOx，SO2and Hg in nitrogen flow in a narrow reactor by ozone injection：Experimen results[J].Fuel Processing Technology，2007，88（8）：817-823．

[9] 张相，杨丽，蒋红，等.臭氧结合钙基湿法脱硫脱硝的模拟分析[J].中国电力，2015，48（7）：129.

[10] 马双忱，苏敏，马京香，等.臭氧同时脱硫脱硝技术研究进展[J].中国环保产业，2009（3）.