污水深度处理臭氧催化高级氧化技术
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3.3 适用范围
该技术不受污水处理厂运行规模限制，能够处理大部分行业的废水，主要应 用于城镇污水处理厂的深度处理提标改造项目。适用行业包括医疗制药业、电子 制造业、印染行业、皮革加工、石油化工、煤化工行业、盐化工、化学制备行业、 农副产品加工行业以及市政生活类等行业。
3.4 技术内容 3.4.1 技术原理及工艺流程
（3）研创的臭氧催化高级氧化技术相关配套装备，进一步提升臭氧在液相 中的传质效率，保障设备安全性，降低能耗，提高系统整体运行稳定性和可靠性。 实现工业废水经处理后完全符合甚至优于国家一级 A 标准的排放水质要求；创 新性的优化设计一套高效处理污泥热水解脱水滤液工艺系统，实现污水污泥资源
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化利用。表 19 梳理了该技术与国内外传统技术水平相比的技术先进性。
表 19 臭氧催化高级氧化关键技术的国内外比较
工艺、技术级装备
该项变场溶气技 臭氧溶气效率达 95%以上。 臭氧溶气效率为 50%-60%。
术
高效溶气系统气液 混合仿真技术
技术 3 污水深度处理臭氧催化高级氧化技术 3.1 技术提供方
天津万峰环保科技有限公司
3.2 成果简介
通过臭氧与催化剂作用产生具有超强氧化能力羟基自由基，实现有机污染物 的彻底矿化或分解，解决城镇污水达标排放“最后一公里”中所面临的效率低、 成本高等问题，实现了具有自主知识产权的臭氧催化高级氧化技术突破。
该技术由两大核心组成。其一是臭氧催化高级氧化高效溶气技术，该技术主 要通过电磁（EM）切变场的作用改变了污水中水分子、有机污染物分子及离子 氛的团簇结构，以改变待处理污水的物理、化学和分子力学等各方面性能，最终 大大提升臭氧在污水中的溶解效率，EM 模块脉冲电源系统见图 27。
图 27 EM 模块脉冲电源系统（a）主视图 （b）剖面图
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分子的微观物质形态，来提高臭氧气体的溶解效率，有效减少了臭氧的投加量。 通过设置在池底的二次混合设备，将含有臭氧的污水与原污水进行充分混合。混 合后的污水流经固定填充的非均相催化剂表面，催化剂表面具有不平衡电位差， 在催化剂和金属离子的作用下，激发产生羟基自由基，羟基自有基的氧化还原电 位为 E0=2.8eV，在高氧化电位的作用下大部分难降解的有机物发生断链反应形 成短链的有机物或直接被氧化至 CO2 和 H2O。第二段、第三段取水位置分别是 第一段出水和第二段出水，同样采用高效臭氧溶气装置投加臭氧，原理与第一段 相同。通过三段投加，污水中难降解有机物被充分降解，使污水达到设计标准。
图 29 臭氧催化高级氧化均相催化技术不同规格的均相催化反应器
指标 投加药剂
表 18 该项目均相催化与类似技术性能对比
该项目均相催化技术
电解氧化技术
芬顿催化技术
需要补充一些电解质 需要投加强酸，强碱、双
无需投加任何化学药剂
促进极板电解
氧水，硫酸亚铁等
电耗
低，吨水耗电量不足 0.01 高，吨水耗电量 10 度
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另一个是臭氧催化技术，该技术主要是由非均相催化和均相催化两种催化形 式组成，利用非均相催化和均相催化的催化稳定性，提高臭氧催化反应效率，产 生更多的具有超强氧化能力的活性氧化剂（羟基自由基），实现有机污染物的彻 底矿化或分解。
臭氧催化高级氧化高效（非均相）催化技术：通过在催化剂的作用下快速分 解并产生羟基自由基（•OH），与污染物进行高级氧化反应，且不具有选择性， 能够大幅度提高污染物去除效率，实现出水COD稳定达标。具有催化性能稳定、 机械强度高，损耗率低等优点（见表 17）。该企业研发团队通过向改性活性炭加 入稀土活性组分，经过过滤、洗涤、干燥、煅烧等工序，得到稀土负载型非均相 催化剂，能够有效提高污水的高级氧化处理效率（见图 28 左）。开发用于去除污 水痕量污染物的非均相催化剂，通过有效增加催化剂的表面活性位，提高吸附分 子的亲和位点，加速臭氧分解释放•OH，能够无差别的降解水中痕量污染物并转 化为无害化物质（见图 28 右）。此关键技术的研发完善了“污水深度处理臭氧催 化高级氧化技术”的技术库，提升了该装备对难降解的痕量污染物去除效果。
度电
电左右
一般
操作程度
简便
一般
复杂
污水深度处理臭氧催化高级氧化技术工艺流程图见图 30。污水进入臭氧催 化高级氧化池中，首先经过均相催化反应器，通过控制向污水中精准（微剂量 ppb 级别）投加电解作用下产生的具有催化作用的金属离子。然后污水进入臭氧 催化高级氧化池第一段，从原水取一定比例的水进行循环，通过设置在离心泵管 道上的高效臭氧溶气装置往循环水中投加臭氧，主要利用了电磁的作用改变污水
图 30 污水深度处理臭氧催化高级氧化技术工艺流程图
3.4.2 技术创新性及先进性
（1）首次将电磁切变场原理应用于污水治理领域，阐明电磁切变场作用对 污水中臭氧溶解效率作用规律，且系统性的对气液两相混合过程开展数字建模及 仿真模拟研究，最终实现臭氧溶气效率达到 95%以上。
（2）采用有效的过渡金属氧化物同时掺入稀土金属优化非均相催化剂，实 现有效去除污水中痕量污染物；研创微电解关键技术和均相极板制备技术，最终 建立高效的催化系统。
指标 比表面积 机械强度 粒度分布 使用寿命 催化效率
表 17 该项目非均相催化剂与其他催化剂性能对比
该项目非均相催化剂 大 高
均匀 长(>10 年)
优
其他非均相催化剂 一般
一般/低 不均一 短（2-3 年）
一般
图 28 非均相催化剂（左）
非均相催化剂去除水中痕量污染（右）
臭氧催化高级氧化高效（均相）催化技术：该企业研创的臭氧催化高级氧化
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均相催化技术（见图 29），可根据不同污水水质，优选出合适的高效催化材质的 极板，进而研创微电解关键技术，实现通过简单的调节电流，控制极板释放催化 离子的投加量和投加比例，实现了仅为μg/L量级投加量，与其他水处理催化技术 相比，具有效率高、占地面积小、无二次污染、自动化程度高、靶向催化效果显 著等优势，吨水耗电量极低，是一种新型的靶向催化氧化有机物技术，突破了制 约均相催化技术工程化应用的瓶颈（见表 18），有效解决污水处理厂工业废水超 净排放问题。
该技术不受污水处理厂运行规模限制，能够处理大部分行业的废水，主要应 用于城镇污水处理厂的深度处理提标改造项目。适用行业包括医疗制药业、电子 制造业、印染行业、皮革加工、石油化工、煤化工行业、盐化工、化学制备行业、 农副产品加工行业以及市政生活类等行业。
3.4 技术内容 3.4.1 技术原理及工艺流程
（3）研创的臭氧催化高级氧化技术相关配套装备，进一步提升臭氧在液相 中的传质效率，保障设备安全性，降低能耗，提高系统整体运行稳定性和可靠性。 实现工业废水经处理后完全符合甚至优于国家一级 A 标准的排放水质要求；创 新性的优化设计一套高效处理污泥热水解脱水滤液工艺系统，实现污水污泥资源
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化利用。表 19 梳理了该技术与国内外传统技术水平相比的技术先进性。
表 19 臭氧催化高级氧化关键技术的国内外比较
工艺、技术级装备
该项变场溶气技 臭氧溶气效率达 95%以上。 臭氧溶气效率为 50%-60%。
术
高效溶气系统气液 混合仿真技术
技术 3 污水深度处理臭氧催化高级氧化技术 3.1 技术提供方
天津万峰环保科技有限公司
3.2 成果简介
通过臭氧与催化剂作用产生具有超强氧化能力羟基自由基，实现有机污染物 的彻底矿化或分解，解决城镇污水达标排放“最后一公里”中所面临的效率低、 成本高等问题，实现了具有自主知识产权的臭氧催化高级氧化技术突破。
该技术由两大核心组成。其一是臭氧催化高级氧化高效溶气技术，该技术主 要通过电磁（EM）切变场的作用改变了污水中水分子、有机污染物分子及离子 氛的团簇结构，以改变待处理污水的物理、化学和分子力学等各方面性能，最终 大大提升臭氧在污水中的溶解效率，EM 模块脉冲电源系统见图 27。
图 27 EM 模块脉冲电源系统（a）主视图 （b）剖面图
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分子的微观物质形态，来提高臭氧气体的溶解效率，有效减少了臭氧的投加量。 通过设置在池底的二次混合设备，将含有臭氧的污水与原污水进行充分混合。混 合后的污水流经固定填充的非均相催化剂表面，催化剂表面具有不平衡电位差， 在催化剂和金属离子的作用下，激发产生羟基自由基，羟基自有基的氧化还原电 位为 E0=2.8eV，在高氧化电位的作用下大部分难降解的有机物发生断链反应形 成短链的有机物或直接被氧化至 CO2 和 H2O。第二段、第三段取水位置分别是 第一段出水和第二段出水，同样采用高效臭氧溶气装置投加臭氧，原理与第一段 相同。通过三段投加，污水中难降解有机物被充分降解，使污水达到设计标准。
图 29 臭氧催化高级氧化均相催化技术不同规格的均相催化反应器
指标 投加药剂
表 18 该项目均相催化与类似技术性能对比
该项目均相催化技术
电解氧化技术
芬顿催化技术
需要补充一些电解质 需要投加强酸，强碱、双
无需投加任何化学药剂
促进极板电解
氧水，硫酸亚铁等
电耗
低，吨水耗电量不足 0.01 高，吨水耗电量 10 度
43
另一个是臭氧催化技术，该技术主要是由非均相催化和均相催化两种催化形 式组成，利用非均相催化和均相催化的催化稳定性，提高臭氧催化反应效率，产 生更多的具有超强氧化能力的活性氧化剂（羟基自由基），实现有机污染物的彻 底矿化或分解。
臭氧催化高级氧化高效（非均相）催化技术：通过在催化剂的作用下快速分 解并产生羟基自由基（•OH），与污染物进行高级氧化反应，且不具有选择性， 能够大幅度提高污染物去除效率，实现出水COD稳定达标。具有催化性能稳定、 机械强度高，损耗率低等优点（见表 17）。该企业研发团队通过向改性活性炭加 入稀土活性组分，经过过滤、洗涤、干燥、煅烧等工序，得到稀土负载型非均相 催化剂，能够有效提高污水的高级氧化处理效率（见图 28 左）。开发用于去除污 水痕量污染物的非均相催化剂，通过有效增加催化剂的表面活性位，提高吸附分 子的亲和位点，加速臭氧分解释放•OH，能够无差别的降解水中痕量污染物并转 化为无害化物质（见图 28 右）。此关键技术的研发完善了“污水深度处理臭氧催 化高级氧化技术”的技术库，提升了该装备对难降解的痕量污染物去除效果。
度电
电左右
一般
操作程度
简便
一般
复杂
污水深度处理臭氧催化高级氧化技术工艺流程图见图 30。污水进入臭氧催 化高级氧化池中，首先经过均相催化反应器，通过控制向污水中精准（微剂量 ppb 级别）投加电解作用下产生的具有催化作用的金属离子。然后污水进入臭氧 催化高级氧化池第一段，从原水取一定比例的水进行循环，通过设置在离心泵管 道上的高效臭氧溶气装置往循环水中投加臭氧，主要利用了电磁的作用改变污水
图 30 污水深度处理臭氧催化高级氧化技术工艺流程图
3.4.2 技术创新性及先进性
（1）首次将电磁切变场原理应用于污水治理领域，阐明电磁切变场作用对 污水中臭氧溶解效率作用规律，且系统性的对气液两相混合过程开展数字建模及 仿真模拟研究，最终实现臭氧溶气效率达到 95%以上。
（2）采用有效的过渡金属氧化物同时掺入稀土金属优化非均相催化剂，实 现有效去除污水中痕量污染物；研创微电解关键技术和均相极板制备技术，最终 建立高效的催化系统。
指标 比表面积 机械强度 粒度分布 使用寿命 催化效率
表 17 该项目非均相催化剂与其他催化剂性能对比
该项目非均相催化剂 大 高
均匀 长(>10 年)
优
其他非均相催化剂 一般
一般/低 不均一 短（2-3 年）
一般
图 28 非均相催化剂（左）
非均相催化剂去除水中痕量污染（右）
臭氧催化高级氧化高效（均相）催化技术：该企业研创的臭氧催化高级氧化
44
均相催化技术（见图 29），可根据不同污水水质，优选出合适的高效催化材质的 极板，进而研创微电解关键技术，实现通过简单的调节电流，控制极板释放催化 离子的投加量和投加比例，实现了仅为μg/L量级投加量，与其他水处理催化技术 相比，具有效率高、占地面积小、无二次污染、自动化程度高、靶向催化效果显 著等优势，吨水耗电量极低，是一种新型的靶向催化氧化有机物技术，突破了制 约均相催化技术工程化应用的瓶颈（见表 18），有效解决污水处理厂工业废水超 净排放问题。