摘要：本研究旨在探索协同催化氧化法在深度处理焦化废水中的应用。通过采用臭氧、过氧化氢(H₂O₂)、紫外光(UV)和活性炭(AC)等催化剂的组合，研究了不同条件下对焦化废水中化学需氧量(COD)的去除效果。结果表明，O₃/H₂O₂组合能产生大量羟基自由基加速有机物氧化；O₃与UV的组合在254nm波长下最有效，而O₃与AC的组合则利用活性炭的大比表面积提高处理效率。特别是，紫外/活性炭协同催化臭氧氧化试验表明，当紫外光强度为0.63mW/cm²时，COD去除率可达最佳。本文研究结果为焦化废水的高效深度处理提供了有效的技术参考。

　　关键词：协同催化氧化；焦化废水；深度处理

　　0引言

　　在当前环境保护与水资源再利用的大背景下，工业废水的处理技术受到了广泛关注。传统的生物处理方法虽然经济有效，但在深度处理和难降解有机物去除方面存在局限。因此，开发高效、经济的深度处理技术势在必行[1]。近年来，高级氧化技术(AOPs)因其强大的氧化能力和对难降解有机物的良好处理效果而备受关注。其中，臭氧氧化法由于臭氧的强氧化性和环境友好性，已成为一种有前景的水处理技术。然而，单一臭氧氧化过程在实际应用中面临臭氧利用率低和矿化能力有限的问题2。尽管已有研究取得了一定成果，但关于不同协同催化氧化体系对焦化废水中特定有机污染物的去除机制、影响因素以及优化条件的系统性研究仍不充分3。特别是在实际工业应用中，如何在保证处理效果的同时实现成本控制和工艺优化，仍然是该技术目前面临的技术和经济双重挑战。本研究旨在深入探讨协同催化氧化法在焦化废水深度处理中的应用潜力和作用机制。通过对比分析不同催化剂组合下的处理效能，明确各因素对处理效果的影响规律，以期为工业规模的应用提供理论依据和技术指导。

　　1焦化废水处理技术

　　在废水处理领域，臭氧氧化法及其协同催化方法因其高效的氧化能力和对环境友好的特性而备受关注。臭氧作为一种强氧化剂，不仅能够有效降解废水中的有机污染物，还能在一定程度上减少生化需氧量(BOD)和化学需氧量(COD),从而提高水质。在众多协同催化方法中，臭氧与过氧化氢(H₂O₂)、紫外光(UV)、活性炭(AC)等的组合被广泛研究。其中，O₃/H₂O₂组合通过生成羟基自由基(·OH),利用其极强的氧化性能来降解有机污染物。这种方法的优势在于能够产生大量的·OH,从而加速链式反应，有效氧化多种有机物。

　　尽管如此，H₂O₂的使用存在一定的局限性，如运输不便和工程推广难等。

　　另一方面，通过254 nm波长的紫外线照射，O₃与UV通过催化作用产生协同效应，使臭氧光解成过氧化氢，继而光解为两个具有极强氧化性的羟基自由基。这种方法最为有效，因为这一波长下臭氧的光解最为充分。然而，臭氧的低溶解度和传质过程的缓慢性限制了其在实际应用中的效果。此外，O₃与AC的组合也是一种有效的高级氧化工艺。活性炭的大比表面积也有助于吸附有机物，从而提高了废水处理的效率[4]。

　　2活性炭协同臭氧氧化试验分析

　　在探索焦化废水深度处理技术中，活性炭协同臭氧氧化法作为一种高效的处理方式，其对苯乙酮的去除效果不仅依赖于活性炭本身的吸附能力，还涉及到催化臭氧产生羟基自由基的过程。通过调整废水的pH值，可以观察到不同的去除机制占主导地位：在酸性条件下(pH=4),活性炭主要通过吸附作用去除苯乙酮；而在碱性条件下(pH=10),催化氧化作用成为主导。进一步，通过添加自由基捕获剂叔丁醇进行实验，发现无论是在酸性还是碱性条件下，叔丁醇的加入都显著影响了苯乙酮的去除效率，这证实了活性炭在此过程中主要扮演着催化氧化的角色，与表面官能团相互作用产生羟基自由基5。

　　为了量化pH值对废水中化学需氧量(COD)去除效果的影响，引入了协同因子R的概念：

　　O₃与AC协同氧化对COD去除效果如图1所示，在酸性环境下吸附是主要的去除机制。协同因子在pH值升至10时的数值约为1.3,说明在臭氧与活性炭体系中，当具有较高pH值环境时两者间的协同作用显示相对提升的效果。

　　考虑到单独使用臭氧对COD的去除能力有限，本研究采用了专门针对化工废水处理设计的JRK-1024型活性炭。该活性炭由优质煤经过精细加工制成，具备高比表面积、粒度分布均匀、机械强度良好和再生能力强等特点，非常适合用于工业污水处理。尽管在常规生化处理后的弱碱性水质中(pH≈8),这种高级氧化工艺相较于单独臭氧的优势并不明显，但对COD的去除率仍有所提升，从20.39%提高至23.11%5]。

　　3紫外催化臭氧氧化试验分析

　　在探索协同催化氧化法深度处理焦化废水的过程中，紫外催化臭氧氧化技术因其高效性和无选择性的特点而受到关注。该催化条件中，液相内的O₃在紫外光照射下迅速光解为H₂O₂并进一步分解，产生具有极强氧化性的羟基自由基。紫外波长和光照强度是影响光解过程的关键因素，不同波长下臭氧的量子产率不同，其中254nm波长下的量子产率为0.62mol/Einstein,而313nm波长下的量子产率为0.23 mol/Einstein。这表明较短的波长具有较强的激发能力，更适合用于催化臭氧分解。

　　在设计试验时，特别注重紫外灯管的平面布局，以确保实现稳定的照射距离和均匀的辐射长度。通过精心规划灯管的位置和间距，能够保证紫外线均匀地覆盖整个反应区域。对紫外光入射距离的设计考虑到了水流的流速、反应器的几何形状以及紫外灯的功率等因素，从而使得每一滴水都能充分暴露在紫外光下。这样的设计不仅提高了处理效率，还有效利用了紫外光催化废水中的溶解臭氧，增强了氧化能力，进而提升了废水处理的效果。

　　O₃与UV协同氧化对COD去除效果如图2所示，紫外催化臭氧高级氧化组合工艺在废水处理中展现了卓越的化学需氧量(COD)去除能力，这一工艺通过巧妙地结合紫外光与臭氧的双重作用，实现了对废水中有机污染物的高效降解。随着紫外光强度的逐步增强，COD的去除率呈现出稳步上升的趋势，其效果显著超越了单独采用臭氧氧化法的处理效率。然而，当紫外光强度超过0.63mW/cm³这一临界点时，COD的去除速度出现了放缓甚至下降的现象。

　　4紫外/活性炭协同催化臭氧氧化试验分析

　　在目标试验研究中，UV/ACO协同催化氧化对COD去除效果如图3所示。通过保持臭氧和活性炭的最佳投加量不变，仅改变紫外光强度进行对比试验，发现随着紫外光强度从0.18mW/cm³逐渐增强至0.84mW/cm³,目标废水中COD的去除率呈现明显上升趋势。这一结果表明，当进水COD值在100~130 mg/L范围内时，采用该深度处理工艺能够稳定地将废水中的COD降至《炼焦化学工业污染物排放标准》所要求

　　当紫外光强度达到0.63mW/cm³时，去除率接近峰值，显示出极高的处理效率。综合考虑各种因素，为确保工艺的稳定运行，将作为催化剂的紫外灯波长设定为254 nm。经过实验研究和实践验证，焦化废水温度应控制在25~30℃范围内，pH值则应保持在7~8.5之间。试验可得在30 mg/L的臭氧投加量及0.63 mW/cm³紫外光强度的条件下，投加活性炭活性炭10g/L时测定为最佳效果，该工艺对目标废水的COD去除率可达到40%。这一数据充分证明了活性炭在提升污染物去除效果方面的显著作用，同时也展示了紫外光与臭氧协同作用的强大潜力。

　　5结论

　　本研究通过一系列实验，系统探讨了协同催化氧化法在深度处理焦化废水中的应用及其效能。结果表明，采用臭氧结合过氧化氢、紫外光或活性炭的协同催化氧化方法，能显著提高焦化废水中化学需氧量(COD)及难降解有机物的去除率。在优化条件下，紫外/活性炭协同催化臭氧氧化试验达到了最佳的处理效果。当紫外光强度为0.63mW/cm³时，COD去除率可稳定达到目标水质标准要求。这表明，协同催化氧化法具有较好的应用潜力，为焦化废水深度处理提供了有效的技术方案。

　参考文献

　　[1]蒋里锋，李小刚，苟波，等.BDO生产废水处理工艺及多元协同催化氧化技术应用实例[J].内江科技，2023,44(9):19-21.

　　[2]宋志深.多元协同催化氧化技术在某煤化工项目的应用[J].环境工程，2023,41(Supple2):143-145.

　　[3]刘宝河，王智，李政辉，等.TiO/MWCNTs光催化氧化法深度处理焦化废水生化尾水[J].环境科学与技术，2022,45(1):92-100.

　　[4]许小群，陆曦.多元协同催化氧化技术处理高浓度有机废水的试验研究[J].能源化工，2021,42(5):62-67.

　　[5]谢莉，刘吉明，逯新宇，等.电催化氧化法-活性炭深度处理焦化废水[J].工业水处理，2021,41(8):69-74.