铁基催化剂应用问答（一）— 气泡大小、适用pH及中毒与失效问题

问：催化臭氧工艺，是不是臭氧气泡越小越好？

答：扩散装置（钛盘等）的重要作用，就是产生小气泡，保证臭氧在催化剂填料区域的停留时间，使其有效分解（产生羟基自由基）。追求臭氧完全分解（99%），并非难事；但工艺追求有效分解、避免不产生自由基的无效分解，主要是热分解。因此，从发生器引导至液相，臭氧气体在管路中停留时间越短越好；特别是气温高时，不能因为产生小气泡而延长气相停留时间。

臭氧的气泡，也不是越小越好。当气泡的上升速度小于逆向流废水的流速时，气泡直径再小，意思也就不大了；何况铁屑基整砌填料呈海绵状，平均孔径只有1.0毫米，多变的孔道对臭氧气泡，既有切割作用，也会使小气泡碰撞结合变大。因此，气泡在填料区自行变化，不完全取决于初始状态。 

问：催化臭氧工艺，是不是废水pH值越大越好？

答：深度处理工艺采用催化臭氧，就是因为它是清洁工艺，不产泥、不产盐。就是说，对pH为中性的生化出水直接催化氧化；若调酸碱，就形成与芬顿法一样的缺陷，优势失去一半。

我们研究表明：pH中性时催化臭氧化效果较好，而不是理论上认为的碱性条件。因为实际废水碱度较高（一般260 – 300mg/L，CaCO₃计），存在着碳酸根的平衡；当pH较高时，CO₃^2-比例大于HCO₃^-，而前者比后者对•OH的猝灭作用更大。当碱度不是很高时（碱度/COD），调低pH值也没有意义。

此外，强酸性（pH<3.7）时，作为催化剂的γ-FeOOH会被溶解，当然在深度处理中不会出现这种情况。 

问：铁基催化剂会不会中毒？

答：化学工程中催化剂中毒，指催化剂参与化学反应而失效；比较严重的是单质贵重金属催化剂，如铂、钯、镍等与H₂S反应，产生致密硫化物层，从而失去催化作用。

深度处理中催化剂失效，只可能有两种情况：发生沉淀反应，催化剂被覆盖；发生置换反应，催化剂“变性”。

废水中能够发生沉淀的阳离子，也只有Ca² 、Mg² ，在pH不大幅度提高的前提下，不太可能发生Ca(OH)₂、Mg(OH)₂沉淀；但氧化过程中不断产生的CO₂，可能会对形成CaCO₃沉淀有所贡献。我们已经发现含Ca² 很高的废水，二年运行后催化剂表面有部分CaCO₃覆盖。

γ-FeOOH作为催化剂，在pH中性、臭氧溶液环境，能够置换Fe³ 的单质金属或阳离子似乎都不存在；能够发生置换的阴离子，似乎也不存在；故催化剂化学变性的可能性很小。

剖析长期运行的铁屑基催化剂失效情况：O₃极缓慢地渗透过γ-FeOOH致密层，氧化内部的单质Fe，继续生成FeOOH。这个过程，催化效果不会变差，但催化剂机械强度降低，严重到一定程度，发生“塌陷”造成“堵塞”，从而填料功能失效。这种现象不能称为“中毒”。

（声明：以上技术资讯文章，是马鲁铭的原创，仅供参考！不承诺学术的严谨性与实践的可靠性，敬请不要摘录引用。）