臭氧氧化

高级氧化技术——臭氧氧化技术（TechnologyofOzoneOxidation)制作人：赵世督一、臭氧概述臭氧在常温常压下是一种不稳定、具有特殊刺激性气味的浅蓝色气体。臭氧具有极强的氧化性能，在碱性溶液中拥有2.07V的氧化电位，其氧化能力仅次于氟，高于氯和高锰酸钾。基于臭氧的强氧化性，且在水中可短时间内自行分解，没有二次污染，是理想的绿色氧化药剂。因此，臭氧氧化方法已逐渐发展成为一种高级氧化技术，在水处理领域中臭氧技术已在许多方面得到了应用。臭氧应用于水处理过程中其作用主要是除臭、脱色、杀菌和去除有机物。二、臭氧的反应机理：臭氧之所以表现出强氧化性，是因为臭氧分子中的氧原子具有强烈的亲电子或亲质子性，臭氧分解产生的新生态氧原子，在水中形成具有强氧化作用的羟基自由基·OH，它们的高度活性在水处理中被用于杀菌消毒、破坏有机物结构等等，其副产物无毒，基本无二次污染，有着许多别的氧化剂无法比拟的优点，不仅可以消毒杀菌，还可以氧化分解水中污染物。臭氧在水中可能引起的反应（间接反应）直接反应：污染物+O3→产物或中间物有选择性，速度慢；间接反应：污染物+HO·→产物或中间物无选择性，HO·（E0=2.8V）电位高，反应能力强，速度快，可引发链反应，使许多有机物彻底降解。臭氧在水处理中的应用一饮用水处理：臭氧预处理，在常规净水工艺前增设臭氧工艺;臭氧-生物活性炭处理，O3与颗粒活性炭结合，在常规净水工艺后，对水作深度处理，以除去各种有机物和色、嗅、味等;臭氧消毒，用以代替氯对水进行消毒。臭氧的消毒杀菌作用：臭氧能氧化分解细菌内部葡萄糖所需的酶，使细菌灭活死亡。直接与细菌、病毒作用，破坏它们的细胞器和DNA，RNA，使细菌的新陈代谢受到破坏，导致细菌死亡。透过细胞膜组织，侵入细胞内，作用于外膜的脂蛋白和内部的脂多糖，使细菌发生通透性畸变而溶解死亡。废水处理：臭氧可用来去除COD、BOD，并破坏有害的化学物。已用于炼油废水中酚类化合物的去除、电镀含氰废水处理、含染料废水的脱色、洗涤剂的氧化、照片洗印漂洗、氰化铁废液的回收与再利用等臭氧氧化性能的影响因素1溶液pH2搅拌速度3溶液温度4有机物浓度和结构5气体O3的投加方式6臭氧化混合气进气量7催化剂（1）溶液pH臭氧本身的氧化能力与pH值有关，臭氧在水中的分解速度随着pH值的提高而加快。在pH4时，臭氧在水溶液中的分解可以忽略不计，其反应主要时溶解臭氧分子同被处理水溶液中还原性物质的直接反应；在pH4时，臭氧的分解便不可忽略；pH更高时，则臭氧主要是在OH-的催化作用下，经一系列链式反应分解成具有高反应活性的自由基而对还原性物质进行非选择性氧化降解。如果pH值提高一个单位臭氧分解大约快3倍污水中有机物或无机物的物理化学性质与pH值有密切关系；臭氧吸收率与pH值有一定关系；pH值在整个臭氧氧化过程中的变化，主要是在中性或碱性条件下pH值会随着氧化过程而呈下降趋势，其原因是有机物氧化成小分子有机酸或醛之类物质碱性条件下的污染物去除率高于酸性条件（2）搅拌速度提高搅拌速度能使气液混合均匀，减小液膜阻力，增大气液比表面积，强化气液传质效果，有助于气液的接触和反应。但当搅拌强度增大到一定程度后，其对气体的分散效果和对有机物的去除效果的作用将趋于平缓。（3）溶液温度提高反应溶液温度将使反应的活化能降低，有利于提高化学反应速率。但是，随温度的升高，臭氧其分解将加速，溶解度降低，从而降低了液相中臭氧的浓度，减缓化学反应速度。同时，由于臭氧氧化有机物的反应是一个连串反应，在降解有机物的同时也要对其氧化中间产物进行深度氧化，消耗液相中的臭氧，减缓目标有机物的降解速率。为与工业实际废水相接近，实验选择温度范围为3～30度。（4）有机物浓度和结构有机物浓度被处理水溶液中有机物的浓度较高时，它们与臭氧反应的化学势很高，一旦它与臭氧接触便可发生化学反应有机物结构大分子长链有机物其不一定能够氧化。（5）气态O3的投加方式O3的投加方式通常在混合反应器中进行，混合反应器的作用有二：（1）促进气、水扩散混合；（2）使气、水充分接触，迅速反应。设计混合反应器时要考虑臭氧分子在水中的扩散速度与污染物的反应速度催化剂碱催化臭氧氧化如O3/H2O2，它们是通过OH-来催化产生·OH而对有机物进行降解光催化臭氧氧化如O3/UV、O3/H2O2/UV多相催化臭氧氧化如O3/固体催化剂（如活性炭、金属及其氧化物）臭氧氧化新技术--臭氧处理单元自身的改进特点促使臭氧分解产生比臭氧活性更高，且几乎无选择性的各类自由基（主要是羟基自由基）高级氧化技术（AOP）产生高活性的羟基自由基（·OH）几种臭氧处理单元自身的改进（1）Ｏ3/ＵＶ高级氧化技术（2）Ｏ3/Ｈ2Ｏ2高级氧化技术（3）O3/H2O2/UV（4）臭氧/活性炭协同降解有机物处理技术（5）超声强化臭氧氧化技术（3）O3/H2O2/UV在紫外光的照射下，能够迅速产生羟基自由基(·OH),·OH的产生机理如下:O3/H2O2/UV－－应用既可用于水处理的全程处理也可用于与其它工艺结合的预处理或净化步骤，在处理多种工业废水和受污染地下水等方面得到应用；可以氧化多种农药，如PCP,DDT.，TNT,卤代(CHC13,PCE等)，硝基苯，苯磺酸等UV/03/H202体系可通过多种反应机理产生轻基自由基，对于成分复杂的废水、有颜色或浑浊废水，特别有效，适用的pH值范围广范。如S.Esplugas等用UV/03/H202复合的高级氧化技术处理水中的苯酚，在pH=3-5时，苯酚可降解89%-99.4%。（4）臭氧/活性炭协同降解有机物处理技术在每升含有臭氧的水中悬浮几毫克的活性炭或炭黑，在水相中会引发链反应，并加速臭氧转化为羟基自由基，由此导致了类似于O3/H2O2或O3/UV的高级氧化过程。与单独的臭氧作用相比，臭氧/活性炭技术对有机物的降解速率更快；但活性炭对有机物臭氧化影响作用与有机物种类有关，对与臭氧反应速率越小的有机物其作用越显著，例如臭氧/活性炭对乙酸钠的降解速率是单独臭氧化降解速率的5倍，而对苯甲酸、对氯苯甲酸的臭氧化速率与单独臭氧化比较提高不到1倍。（5）超声强化臭氧氧化技术超声波通过超声空化作用强化臭氧氧化能力,提高臭氧利用率。超声空化作用原理是当有一定功率的超声波辐射水溶液时,水中的微小泡核在超声负压和正压的作用下急速膨胀和压缩、破裂和崩溃。由于该过程发生在纳米级到微米级的范围内,气泡内的气体受压后急剧升温,可达到5000Ｋ。高温将气泡内的气液界面的介质裂解产生强氧化性的自由基。超声强化臭氧氧化技术应用用超声和臭氧联用来研究天然有机污染物腐殖酸的氧化动力学。当臭氧流量为lmg/min，超声频率为20kHz、声源输出功率50W的条件下，腐殖酸的浓度为10mg/L时，60min后TOC的去除率为91%，溶液中87%的碳转换成CO2。当单独使用臭氧时，TOC的去除率仅为40%，有机碳矿化率为28%臭氧氧化新技术－－臭氧与其他常规水处理单元结合特点是利用预臭氧化带来的一些有利条件，结合常规的水处理工艺，从而达到事半功倍的目的组合形式O3－活性污泥、O3－活性炭吸附、O3－絮凝－膜处理、O3－絮凝－O3、O3－气浮（吹脱）、O3－生物活性炭、O3－膜处理臭氧/生物活性炭技术美国、法国,瑞典、前苏联、意大利、日本等都有臭氧和生物活性炭联合使用的水处理厂。北京田村山水厂、九江炼油厂生活水厂等是该技术在我国最具有代表性的应用。工艺特点：该工艺中臭氧的作用有两个方面．其一是直接将部分能被其氧化成无害物质的污染物去除．其二是将大分子有机物分解成可为生物降解的小分子有机物，同时利用臭氧分解后产生的氧使水的溶解氧充足，从而为后续活性炭处理中的生物降解提供必要的条件．而生物活性炭主要起着吸附和生物降解有机物、同时破坏水中残余臭氧的作用．故就其处理对象而言，臭氧氧化的是大分子疏水性有机物、活性炭吸附的主要对象是中间分子量的有机物，微生物是去除小分子的亲水性有机物，三者相互补充，提高了去除的效果．谢谢观赏！Thanks!