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臭氧催化氧化對有機物降解效果分析

接上一篇文章：臭氧催化氧化處理化學鍍鎳廢水實驗方法
臭氧催化氧化對有機物降解效果分析
1）臭氧投加量的影響。
臭氧催化氧化實驗在室溫下進行，廢水初始 pH 為 5，反應時間為 60 min，通過調節臭氧進氣濃度控制臭氧的投加量，圖 2 和圖 3 為不同臭氧投加量條件下水中有機物的降解情況。由圖 2 可知，隨著臭氧投加量的增加，水中 COD 的去除率不斷升高，當臭氧投加量增 至 400 mg·L−1 時 ， COD由 532  mg·L−1 降 至 246  mg·L−1， UV254 由 0.468降至 0.098，COD 和 UV254 的去除率分別升至53.7% 和 79.1%。COD 和 UV254 的去除率隨著臭氧投加量的增加而逐步升高，當臭氧投加量增到 300 mg·L−1 時，COD 和 UV254 的去除率開始趨于平緩，臭氧的利用率開始下降。臭氧催化氧化主要通過臭氧催化產生·OH，通過·OH 氧化水中有機物。隨著臭氧投加量的增加，有機物不斷被降解，隨著水中可被氧化的有機物的減少，·OH 與有機物發生碰撞的概率降低[17]，從而導致臭氧的利用率下降。

2) 溶液初始 pH 的影響。
實驗選取了 4 個不同的 pH，用 NaOH 調節廢水 pH，臭氧催化氧化時間為 60 min，臭氧的投加量為 300 mg·L−1。由 圖 4 可知，初 始 pH 對臭氧催化氧化降 解COD 的影響較大，隨著 pH 的升高，COD 的去除率呈上升趨勢，當初始 pH 從 5 升到 9 時，COD 的去除率從 46.4% 升至 52.1%。臭氧間接氧化較多發生在中、堿性條件下，臭氧在堿性條件下很不穩定，易促進其自身分解[18]，可通過自發的一系列鏈式反應生成強氧化性的·OH[19]，更有利于 COD 的去除。此外隨著廢水pH 的升高，水中 OH−濃度增加，加劇了臭氧分解產生·OH。

當廢水 pH 進一步升高至 11 時，COD 的去除率下降至 40.2%，這可能是因為臭氧催化劑的零電荷點 在 pH=9 附近，酸性或過堿性條件都影響了催化劑表面羥基的電荷形態[20]。此外，由于 pH 的升高，導致羥基自由基的淬滅速率提高，降低了與有機物的接觸概率，導致 COD 去除率的降低[21]。

3) 反應時間的影響。
臭氧催化氧化實驗在室溫下進行，在廢水初始 pH 為 5，通過調節臭氧進氣濃度控制臭氧投加量為 300 mg·L−1 的條件下，考察了臭氧催化氧化時間對有機物去除效果的影響，結果如圖 5 所示。當反應時間從 30 min 增至 60 min 時，COD 和 UV254 的去除率分別從 34.6%、60.4% 升高到 46.4%、76.3%，有機物的去除率隨反應時間的延遲而增加。這是由于·OH 在水中的壽命很短 [22]，大約 為 10−9  s，臭氧催化氧化中·OH 氧化反應實際發生在催化劑周圍，在傳質不充分的反應條件下，部分·OH 在未知有機物發生反應之前就已經被淬滅。當臭氧催化氧化時間縮短時，單位時間內臭氧投加量加大，產生的·OH 增多，導致大量·OH 未參與反應就淬滅，從而導致有機物去除率下降。當反應時間到達一定的臨界點時，再延長反應時間，其去除率增加不再明顯，臭氧催化氧化反應從 60 min延長至 90 min 時，COD 和 UV254 的去除率基本不變。