臭氧技术在水处理中的应用

臭氧技术在水处理中的应用李绪坤20152207017臭氧的发现与发展1785年，德国人VanMa-rum使用电机时，利用空气通过高压放电设备，发现在电机放电时产生一种异味。1810年，Cruickshank以纯性氧进行水的电解，于阳极上亦获得了相同味道的气体，从而成为电化学制造臭氧的开端。此种特殊味道的气体，与1840年被法国科学家Schonbein确定为O3并命名为OZONE(臭氧)。近年来，随着高级氧化技术的发展，臭氧氧化以其操作程序简单，成本价格低廉儿应用最为广泛，特别是应用于工业废水深度处理方面。臭氧的性质1.臭氧是氧的同素异形体，又称三原子氧。所含三个氧原子呈三角形分布，中心原子与其他两个氧原子距离相等，切存在一个离域π键。常温下为带有鱼腥味的淡蓝色气体，微溶于水。2.臭氧具有不稳定性，在空气中的半衰期一般为20-50min。3.臭氧具有较强的氧化性。4.臭氧的强氧化性决定其腐蚀性。5.此外，作为消毒灭菌器的臭氧具有一定的毒性。臭氧去除有机物的反应机理臭氧氧化技术在水处理中的应用印染废水和造纸废水处理炼油废水处理农药废水处理医院废水处理垃圾渗滤液处理焦化废水处理印染废水和造纸废水处理臭氧较强的氧化性使其能与发色基团发生反应，将有机物的化学键断开，由大分子转化为无色的小分子。因此臭氧在脱除染料废水、印染废水、造纸废水的色度方面具有很好的处理效果。国内学者卢宁川等采用臭氧处理印染废水，结果发现臭氧对含有GBC枣红基染料的印染废水的色度和CODcr去除率分别达94%和72%，出水pH值趋于中性。炼油废水处理炼油厂废水中的污物多为石油裂解产物和烷烃类的衍生产物。此类物质可生化能力极弱，针对此特点，这类废水的常规处理法多为“隔油+气浮+生化”。目前国内已有学者采用臭氧深度处理该废水，以实现废水的循环使用。农药废水处理利用臭氧可对农药废水进行处理。由于我国农药施用量在逐年增加，非点源污染对饮用水水质的影响逐渐增大，成为给水方面一个十分棘手的问题。农药虽然具有高度的稳定性，难于被生物降解和被药剂氧化，但用臭氧氧化或催化臭氧氧化法处理此类废水效果较好。罗东升对含有机氯及COD较高的燕麦畏农药进行催化臭氧化处理，COD去除率可达95%以上。喻旗等用臭氧氧化法处理黄磷废水，去除率达到99%。医院废水处理对医院废水的处理，臭氧浓度在0.4-4mg/m3时，对大肠杆菌、金黄色葡糖球菌、枯草杆菌芽孢、空气混合菌、乙肝病毒等灭菌率均达到95%-100%。章伟光对比分析了臭氧氧化处理与其他几种方法处理医院污水的优缺点，认为臭氧氧化处理有自动化程度高、操作简单、反应速度快、改善水质、无二次污染等优点。经臭氧处理后，总大肠杆菌群去除率接近100%，细菌总数由1.7*105个/mL将为10个/mL,水质符合国家规定的排放标准。垃圾渗滤液垃圾渗滤液中所含污物最为复杂，其中包括多为毒害程度不等的有机物、无机物。有研究表明，垃圾渗滤液中有机污染物多达77种，且相当大的一部分物质都是难生物降解的。而腐殖质是渗滤液中最主要的难生物降解有机物。德国的Wenzel等，采用UV和臭氧联合法处理垃圾渗滤液，研究发现该法对渗滤液中的难降解有机物的降解去除具有显著效果，其中苯酚碳氢化合物、联苯的降解率分别达到了100%、96%，二氧芑和呋喃的降解率也在74%以上。焦化废水处理焦化废水是在煤的焦化、石油及天然气的裂解过程中产生的，随着工业的发展，此类废水的排放量日渐增加。焦化废水中多含有多环芳烃类物质、氨氮、吡啶、氰化物、煤焦油等，污染物多为难生物降解有机物和毒性物质。有实验研究表明，臭氧技术处理焦化废水能明显提高出水水质。吴玲等通过实验发现，对于COD值小于1000mg/L、酚含量小于500mg/L的焦化废水，经臭氧技术处理后水质明显得到改善。COD去除率高达80%，酚的去除率在80%以上，硫氰化物或氰化物的去除率接近100%,氨氮的去除率在35%左右。臭氧技术与其他技术的联合应用臭氧/活性炭技术光催化臭氧氧化技术臭氧/絮凝处理技术臭氧/膜处理工艺金属催化臭氧氧化技术臭氧/活性炭技术活性炭在反应中，可能如同碱性溶液中.OH的作用一样，能引发臭氧基型链反应，加速臭氧分解生成.OH等自由基。作为催化剂，活性炭与臭氧共氧生成.OH的反应属于高级氧化技术。此外，活性炭具有巨大表面积及方便使用的特点，是一种很有实际应用潜力的催化剂。臭氧生物活性炭对有机物的去除包括臭氧氧化、活性炭吸附和生物降解三个过程。光催化臭氧氧化技术光催化臭氧氧化（O3/UV）是光催化的一种。即在投加臭氧的同时，伴有光（一般为紫外光）照射。这一方法不是利用臭氧直接与有机物反应，而是利用臭氧在紫外光的照射下分解产生的活泼的此生氧化剂来氧化有机物。臭氧能养花水中许多有机物，但是臭氧与有机物的反应是选择性的，而且不能将有机物彻底分解为CO2和H2O，臭氧化产物常常为羧酸类的有机物。要提高臭氧的氧化速率和效率，必须采用其他措施促进臭氧的分解而产生活泼的.OH自由基。臭氧/絮凝处理工艺在臭氧氧化处理水中，很多研究者发现，臭氧能改变水中悬浮物的性质，从而改变絮凝操作单元的去除效果。实际效果主要表现在可以使水中悬浮颗粒变大;提高随后絮凝和过滤单元操作TOC和浊度的去除能力;可以减少絮凝剂的投加量，降低化学药品的耗用量以及改善絮体的沉降性能与减少污泥的产生量等方面。臭氧/膜处理工艺近年来，膜在水处理中的应用已越来越广泛，但在实际应用中也发现也一些问题。其中最为关键的是膜的污染问题，水中腐殖酸与多价金属阳离子的作用及胶粒在膜上的吸附被认为是膜污染的根本原因。而臭氧对腐殖酸的反应活性较高，能将其降解为低分子量的羧酸和一些有机醇类物质。有国外学者在做利用臭氧与反渗透膜相结合的工艺处理腐殖酸水体研究时发现，预臭氧化后再经膜处理时，膜的回洗周期极大的延长而且压力降也大大的降低，节省了很多能耗。金属催化臭氧氧化技术金属催化臭氧氧化是以固体状的金属（金属盐及其氧化物）为催化剂，从而加强臭氧氧化反应。金属催化臭氧氧化是近几年才发展起来的新型技术，从臭氧技术的发展来看，从一开始的碱催化剂到光催化、金属催化臭氧化，目的就是促进臭氧分解，以产生自由基等活性中间体来强化臭氧化。尽管这种方法还有很多问题有待解决，但这是臭氧氧化的一种较为新颖的方法。结语为了克服单一臭氧氧化技术在设备性能、易产生有毒有害物质等方面的不足，通过将臭氧技术与其他技术相结合，对臭氧水处理技术进行改进和发展，取得了很大的进步。谢谢