臭氧氧化技術是水處理行業(yè)中應用最廣泛的高級氧化技術之一，其原理是利用臭氧的強氧化性來分解水體中的有機物，提高廢水的可生化性。傳統(tǒng)的臭氧氧化存在臭氧利用效率低以及反應速率較慢的問題，而后學者在體系中引入催化劑，大幅提升了臭氧的利用率和分解效率。催化劑可分為均相和非均相兩種，其中非均相臭氧催化工藝不僅能大幅提升反應效率，應用范圍廣泛，同時還具有氧化產(chǎn)泥量少，無二次污染，催化劑可回收等優(yōu)勢，在高濃度復雜工業(yè)廢水處理中具有廣闊的前景。

臭氧氧化的分類及過程

臭氧和有機物反應的機理主要涉及以下兩種: 1) 臭氧直接氧化產(chǎn)生活性氧(ＲOS) ; 2) 臭氧間接氧化產(chǎn)生活性氧。

臭氧和有機物之間的直接反應以親核反應、親電取代反應、環(huán)加成反應、氧化還原反應為主。親核反應: 臭氧分子中的氧，有正電和負電之分，有機物的分解速度會在作為親核位點的負電氧的作用下有所增加。親電取代反應: 臭氧作為親電試劑攻擊有機污染物電子云高密度區(qū)，使得分子中一部分被取代。環(huán)加成反應: 以臭氧對烯烴的處理可分為 ( 1) 五元環(huán)階段，由臭氧和雙鍵結構生成; ( 2) 兩性離子生成階段; ( 3) 通過不同反應途徑生成酸、醛、酮等產(chǎn)物。氧化還原反應: 臭氧是一類強氧化劑，利用電子轉(zhuǎn)移和污染物直接進行氧化還原反應。

圖.臭氧分子分解產(chǎn)生·OH的機理

臭氧間接氧化的過程是水溶液中的溶解性臭氧會分解為單線態(tài)氧、O2－ 或·OH。·OH 擁有比臭氧更高的氧化電勢，能夠更快地和有機物進行反應。臭氧產(chǎn)生自由基的公認途徑是鏈引發(fā)、鏈增長、鏈終止，其反應過程如下：

1) 鏈引發(fā): 臭氧分解的·OH、ROS 進行鏈引發(fā)反應。2) 鏈增長: 在臭氧不充足的情況下會生成H2O2。在臭氧充足情況下通過進一步反應生成·OH。3) 鏈終止: 在氧化有機物方面,·OH具有非選擇性，可與大多數(shù)有機物進行反應。在中性和酸性條件下，臭氧不容易被分解，在堿性條件下則容易被分解，由此可見，pH與·OH的形成密切相關; 鏈反應會由于體系中臭氧和自由基過多而終止。除此之外，溶液中存在的無機陰離子(如HCO3－、CO32－、HPO42－和 H2PO－ ) 屬于自由基的猝滅劑，會快速與·OH 等自由基反應，造成自由基猝滅。

非均相臭氧催化過程

非均相臭氧催化氧化法是通過固態(tài)催化劑提高反應速率的方法。常用催化劑主要有貴金屬催化劑、堿土金屬催化劑、過渡金屬催化劑和非金屬催化劑。科力邇采用多種過渡金屬氧化物((Mn2+,Fe3+,Co2+,Cu2+,Ni2+,Zn2+,Cr3+,Ce3+,etc)為催化組分，通過大量實驗及工程驗證，優(yōu)化各組分配比，開發(fā)出具有高適應性和催化活性的催化劑。非均相臭氧催化氧化法有兩種常見反應原理:

（1）通過固體催化劑使水溶液內(nèi)臭氧傳質(zhì)過程發(fā)生變化，同時催化劑本身也具有一定的吸附性;

（2）臭氧、水和有機化合物之間的催化反應因為催化劑的存在而擁有了更多的活性位點，能夠快速分解臭氧，產(chǎn)生活性自由基，上述富有氧化能力的自由基能夠在液相中對產(chǎn)生的有機物進行間接氧化降解。催化表層具有吸附臭氧分子的作用，臭氧和催化表層的羥基產(chǎn)生弱鍵，該作用推動了臭氧的分解。

圖：科力邇研制的非均相臭氧催化劑

催化劑的臭氧和有機物的反應存在下列 3個情況:

1. 有機物被吸附在催化劑表層，被臭氧或者其他活性成分分解;

2. 臭氧與有機物附著于催化劑表面，在催化劑表面相互作用產(chǎn)生配合物，通過氧化反應生成中間產(chǎn)物，脫附于溶液內(nèi)，被臭氧或活性氧氧化;

3. 催化劑先對臭氧進行吸附，通過分解產(chǎn)生活性氧，在水溶液中或催化劑表面對有機物進行分解。

圖：非均相臭氧催化氧化應用于污水處理案例

與傳統(tǒng)均相臭氧氧化工藝相比，非均相臭氧催化氧化工藝具有利用效率高、成本低的優(yōu)勢，因而受到業(yè)界的廣泛關注。