废水深度处理是当前我国水污染控制领域的研究热点。催化臭氧氧化技术可以有效地分解难生物降解有机污染物,具有处理效率高、操作简单、不产生污泥等优点,是一种有前景的废水深度处理技术。该技术的关键是开发具有高活性、高稳定性的催化剂。本文研究了活性氧化铝、载铈活性氧化铝催化臭氧氧化处理苯酚水溶液和集中式化工废水,并在中试规模上验证该技术。选取苯酚为目标污染物,探究活性氧化铝催化臭氧氧化苯酚性能。研究表明,活性氧化铝可以显著提高苯酚溶液COD去除率,煅烧处理可进一步提高其催化活性。优化的煅烧温度为450℃、煅烧时间为2 h。分析表明,活性氧化铝表面弱酸性位是催化臭氧氧化活性中心,煅烧可将活性氧化铝中夹杂的勃姆石转化为γ-Al₂O₃,提高催化剂活性组分含量,增加表面弱酸性位比例,从而提高其催化活性。在溶液初始pH为中性、催化剂投加量为154 g/L、臭氧投加量为70.5 mg/h时,催化反应40 min后,苯酚溶液COD去除率为62%。催化剂稳定性测试表明,连续反应4天后,催化剂失活,失活原因系催化剂表面的活性位被苯酚降解产生的小分子有机酸毒害。以活性氧化铝为载体,筛选催化活性组分,得出5种负载型活性氧化铝的催化活性顺序为:Ce/Al₂O₃>Ru/Al₂O₃>Mn/Al₂O₃≈Cu/Al₂O₃≈Fe/Al₂O₃>Al₂O₃。催化剂Ce/Al₂O₃的优化制备工艺参数为:Ce负载量1%、煅烧温度500℃、煅烧时间1 h。Ce/Al₂O₃催化剂中的Ce主要是以氧化物的形式负载于活性氧化铝上,包含的价态有+3和+4价;与活性氧化铝对比,负载催化活性组分后,颗粒表面积、孔容和孔径略有下降。催化剂投加量为250 g/L,臭氧投加量为64 mg/h条件下,催化反应40 min后,溶液中苯酚去除率为98.3%。自由基猝灭实验表明:苯酚的氧化反应遵循羟基自由基的氧化机理,除此之外,还存在催化剂表面吸附态原子氧和溶液中的·HO2等一系列自由基的氧化。催化剂稳定性测试表明,催化剂在臭氧氧化处理苯酚水溶液装置中连续运行15天后,苯酚的去除率保持50-55%,说明催化剂的性能稳定、催化效率较高。以集中式化工废水处理厂的生化出水为处理对象,研究活性氧化铝和载铈活性氧化铝催化降解废水的性能。中试结果表明:活性氧化铝可有效地催化臭氧氧化处理实际废水,COD的去除量为10-20 mg/L,色度从32倍降至5倍以下,出水的pH维持在6-9范围内。实验室研究和中试研究均表明活性氧化铝和载铈活性氧化铝催化剂能有效地催化臭氧氧化降解苯酚和去除化工废水的COD,是具有工程应用价值的催化剂,但是催化性能的稳定性需要进一步提高。