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臭氧催化氧化计算书

前言

臭氧催化氧化技术作为一种高效的高级氧化技术，在工业废水处理、饮用水深度处理等领域得到了广泛应用。其核心原理是通过臭氧（O?）在催化剂的作用下产生具有强氧化能力的羟基自由基（·OH），从而将水中的难降解有机污染物氧化分解为无害的CO?和H?O等小分子物质。本计算书旨在为臭氧催化氧化工艺的设计与运行提供一套系统、严谨的计算方法和参考依据，确保工艺的高效性与经济性。

一、设计进水水质与水量

1.1设计水量（Q）

根据项目提供的基础数据，确定进入臭氧催化氧化系统的设计处理水量。该水量应考虑生产波动、回用及排放要求等因素，并适当留有一定余量。

1.2设计进水水质参数

主要包括：

*水温（T）：影响臭氧的溶解度、反应速率及催化剂活性。

*pH值：对臭氧的分解途径及·OH的产生有显著影响。

*化学需氧量（COD???）：作为主要的污染物指标，是计算臭氧投加量的关键参数之一。

*五日生化需氧量（BOD????）：辅助判断废水的可生化性及臭氧氧化的必要性。

*悬浮固体（SS???）：过高的SS可能会覆盖催化剂表面，影响催化效果，需评估预处理效果。

*特征污染物浓度：针对特定行业废水，需明确其主要特征污染物及其浓度，以便更精准地计算臭氧需求。

*碱度（如HCO??、CO?2?浓度）：水中的碳酸盐和重碳酸盐是·OH的主要淬灭剂，会影响臭氧的氧化效率。

*其他干扰物质浓度：如Cl?、NO??等，可能对催化反应产生影响。

二、设计出水水质目标

根据项目的排放标准、回用要求或后续处理单元的进水要求，明确臭氧催化氧化单元的设计出水水质指标，主要包括：

*化学需氧量（COD???）

*特征污染物浓度（C???）

*（如适用）色度、嗅味等感官指标

三、臭氧投加量计算

臭氧投加量是臭氧催化氧化工艺设计的核心参数，通常有理论计算法和经验值法。

3.1理论需氧量计算（基于污染物去除）

假设臭氧主要用于氧化分解水中的有机物（以COD计），忽略臭氧自身分解及与其他还原性物质的反应（此部分将在后续安全系数中考虑）。

臭氧与有机物反应的理论化学计量关系复杂，通常采用经验系数法估算。对于COD的去除，臭氧的理论需氧量（以O?/COD去除比表示）一般在0.3~1.5之间，具体数值与污染物种类、水质特性及处理目标有关。

公式：

O?理论需氧量（gO?/h）=K?×Q×(COD???-COD???)

其中：

*K?：臭氧与COD去除的质量比（gO?/gCOD），根据小试、中试结果或类似工程经验确定，无数据时可暂取0.6~1.2。

*Q：设计水量（m3/h）

*COD???：进水COD浓度（g/m3或mg/L，注意单位换算）

*COD???：出水COD浓度（g/m3或mg/L）

对于特定特征污染物的去除，若其与臭氧的反应计量关系明确，也可按此计算理论需氧量。

公式：

O?理论需氧量（gO?/h）=Q×(C???-C???)×(M??/M?????????)×n

其中：

*C???,C???：分别为特征污染物的进出水浓度（g/m3）

*M??：臭氧的摩尔质量（48g/mol）

*M?????????：特征污染物的摩尔质量（g/mol）

*n：氧化1摩尔特征污染物所需的臭氧摩尔数（化学计量系数，需通过理论分析或实验确定）

3.2经验投加量法

在缺乏详细水质资料或小试数据时，可参考类似废水处理的经验臭氧投加量范围。一般而言，对于工业废水的深度处理，臭氧投加量通常在20~150mg/L之间。此方法需谨慎使用，最好能结合小试验证。

3.3实际臭氧投加量确定

理论需氧量未考虑以下因素：

*臭氧在水中的溶解效率及传质损失。

*臭氧与水中其他还原性物质（如Fe2?、Mn2?、S2?等）的反应消耗。

*臭氧的自分解。

*羟基自由基被水中碱度等物质淬灭导致的无效消耗。

*催化剂对臭氧分解路径的影响（催化臭氧分解为·OH或直接氧化）。

因此，实际臭氧投加量（O?实际）需在理论需氧量基础上乘以一个安全系数（K?）。

公式：

O?实际投加量（gO?/h）=O?理论需氧量×K?

其中：

*K?：安全系数，通常取值1.5~3.0。水质复杂、干扰物质多、要求去除率高时取高值；经过充分预处理、水质较简单时取低值。最好通过小试或中试确定。

3.4臭氧发生器产量选型

根据计算得到的实际臭氧投加量（gO?/h或kgO?/h），选择合适产量的臭氧发生器。臭氧发生器的产量通常以kgO?/h表示。

四、臭氧接触反应系统设计要点

4.1接触反应器类型选择

常用的臭氧接触反应器有鼓泡塔（