催化臭氧化工艺核心 — 催化剂填料与反应器

催化剂填料”这一名词，在化工行业有见，但不常用。催化剂的功能是加速反应，属化学学科概念；填料的功能是为传质和反应提供场所，属化工学科概念。在催化臭氧化过程中， •OH产生于臭氧在催化剂表面的分解，因此填料性质很重要；更为关键的是：•OH寿命只有纳秒级，不可能行程很远去攻击有机物分子，就是说：由催化剂界面构成、水可流动的孔隙孔径须很小，因此比一般化工填料要求更高；故在工艺中应强调催化剂填料。

反应器概念的重要性不言而喻。废水深度处理催化臭氧化反应器中，影响臭氧化反应的多相变化有：气相臭氧向液相溶解；气泡上浮，及水流动；臭氧在气相分解，及在液相的无效分解和在催化剂区的有效分解。可概称：一相溶解、二相流动、三种分解臭氧气、液相浓度变化，取决于溶解和分解速率。一般工况下，速率快慢为： 溶解 > 液相有效分解 > 液相无效分解 > 气相分解要弄清•OH产生规律、实现反应器z优化，必须研究臭氧溶解和三种分解动力学，仍需大量研究。臭氧气相衰减：我们曾过分地重视反应器臭氧尾气问题，理论和实践均证明，此问题并非要害。首先要定义一概念 — 气程时间：气泡从池底布气器出口上浮到池水面所需时间。设气相中臭氧的溶解和分解均符合动力学方程，速率以半衰期表示，若两者综合效应半衰期为300s (5min) （实际应更快），当微气泡曝气、气液逆向流时，可以推导出反应器尾气中臭氧残余量极少。

臭氧液相溶解与衰减：影响因素相互交叉，比较复杂。如紊动，既可增强溶解、又可强化衰减，而衰减包括有效分解和无解分解。三过程对反应器工况影响巨大，简单地想象一下：若溶解慢，大部分臭氧被气泡携带，则在池上部的分布多；若溶解快，大部分臭氧被水流携带，若气液逆向流，则在池下部的分布多。若无效分解比有效分解慢得多，催化剂填料高度小些也问题不大；若两种分解速率差不多，催化剂填料不仅高度要大，而且在池中位置影响很大。因此，反应器的优化，包括：臭氧布气器形式（气泡大小）、是否气液逆向流、催化剂区域高度和位置等，都依赖于臭氧溶解与分解动力学的建立。