综述：臭氧气/液传质强化与臭氧氧化效率提升：一篇批判性综述

本综述系统评述了强化臭氧(O3)气/液传质（kLa）与提升污染物降解效率的前沿策略。文章比较了不同臭氧接触器的传质效率与能耗，重点评估了物理场、膜技术、微纳米气泡及添加剂四类强化技术的kLa增强因子、降解效能与工程可行性，为可持续水处理提供了优选方案。

　　

Ozone mass transfer regulation

臭氧(O₃)在降解废水中的持久性有机污染物方面表现出色，但其应用效率受到两个关键因素的限制：较差的臭氧气/液传质速率（k_La）和较低的臭氧利用率（在鼓泡塔中通常仅为30%-64%）。臭氧在水中的溶解过程遵循亨利定律，其亨利常数在20°C时为3.12。尽管臭氧在0–30°C的温度范围内比氧气的溶解度高出约13倍，但其在水相中的平衡浓度仍然较低，这从根本上制约了其与污染物的反应速率。因此，强化臭氧从气相到液相的传质过程成为提升整个臭氧氧化技术经济性与有效性的核心研究焦点。

Applying an external physical field

引入外部物理场，如超声波、电场和高重力，是通过强化界面动力学来改善臭氧传质的有效途径。超声波空化作用通过剪切力和微射流溃灭将臭氧气泡破碎成微米级液滴，从而增大了气液接触面积。研究表明，在三相分割矩形气升式反应器中，超声波能将臭氧吸收率提高1.3至3倍。类似地，通过电场的电化学臭氧生成（EO₃）过程或在反应器中施加电场，也能促进气泡的破碎和分散。旋转填充床（RPB）等高重力技术则通过产生极高的剪切力来创造极薄的液膜和微小的液滴，显著提升了k_La值。然而，这些物理方法虽然效果显著，但普遍面临高能量需求的挑战，限制了其大规模应用的可行性。

Critical analysis for applying different techniques in wastewater treatment

为了系统评估不同强化技术的性能，本综述以k_La增强因子、污染物降解效率和可扩展性作为关键指标进行了综合分析。物理方法（超声波、电场、高重力）通常能将k_La提升1.3–3倍，但其高昂的能耗是规模化应用的主要障碍。膜接触器技术能提供极高的k_La值，并已在染料废水的中试处理中取得成功，但其面临的膜污染和成本问题不容忽视。微纳米气泡技术，尤其是当其与催化剂（如活性炭）或化学添加剂耦合时，表现出了卓越的性能，可实现k_La提升3-4倍，并将难降解污染物的去除率提高60%以上。但该技术同样需要额外能量来产生微气泡，且化学添加剂的引入可能带来二次污染的风险。在各类技术中，添加天然矿物填料提供了一种较为平衡的解决方案，能在低能耗下将k_La提升2.5–3倍，难降解污染物去除率提高25–30%，且无需担心二次分离问题。

Application and scalability of enhancing techniques

在可扩展性方面，膜接触器和催化微气泡技术已在大型废水处理厂中得到实际应用，但其各自的稳定性问题（膜材料与催化剂）仍需进一步解决。相比之下，添加天然矿物填料等策略因其低能耗和无需复杂维护的特点，在规模化应用中展现出良好的前景。每种技术都有其优缺点，选择何种强化策略需根据特定的水质条件、处理目标和成本效益进行综合权衡。

Conclusion

本综述的主要结论可归纳如下：

(1) 对不同臭氧反应器的比较表明，文丘里管和静态混合器具有较高的k_La值（0.6-12 min^-1），但功率消耗也相对较高（0.5-1.5 kW m^-3）。传统的鼓泡塔和经典填料床则运行能耗较低，但传质效率也相对较差。

(2) 在各类强化技术中，微纳米气泡系统与催化剂的组合在提升传质和污染物降解方面最为有效。

(3) 天然矿物填料因其在低能耗下实现显著性能提升且无二次污染的优势，被识别为一种有利于可持续水处理的有利策略。

总之，强化臭氧传质是提高臭氧利用率和处理效率的关键，未来的研究应着眼于开发兼具高效、低耗和易于规模化应用的新技术与新材料。