高级氧化技术

高级氧化技术指导老师：胡锋平汇报人：潘良臭氧氧化技术234目录ONTENTS高级氧化技术概述臭氧氧化技术臭氧处理单元的自身改进臭氧与其他常规处理单元结合1C23随着现代化学工业的不断发展，通过各种途径进入水体中的化学合成有机物的数量和种类急剧增加，对水环境造成了严重污染。在水处理工程中，含此类物质的废水通常难以采用生物法处理，而常规的物理、化学方法也难以在技术和经济上满足净化处理的要求。近年来，高级氧化技术用于处理高浊度、难降解的有机废水取得了较好的应用实例和应用前景，已成为业界的研究热点。◆1、高级氧化概述4高级氧化技术（AdvancedOxidationProcess，简称AOPs）：运用电、光辐射、催化剂，有时还与氧化剂结合，在反应中产生活性极强的自由基（·OH），再通过自由基与有机化合物之间的加成、氢提取、电子转移、自由基结合等，使水体中的大分子难降解有机氧化物降解为低毒或无毒的小分子物质，甚至直接降解成CO2和H2O，接近完全矿化。51.1高级氧化技术特点◆反应过程产生大量活性极高的羟基自由基（·OH）；◆反应速度快，多数有机物在此过程中的氧化速率常数可达106~109L/（mol·s）；◆适用范围广，较高的氧化电位使得·OH几乎可将所有有机物氧化直至矿化，不会产生二次污染；◆可诱发链式反应，由于·OH的电子亲和能为569.3kJ，可将饱和烃中的H原子拉出来，形成有机物的自身氧化，从而使有机物得以降解，这是各类氧化剂单独使用时所不能做到的；6◆可与其他处理技术连用，特别是可作为生物处理过程的预处理手段，对于难以通过生物降解的有机物，在经过高级氧化过程处理后，其可生化性大多可以提高，从而有利于生物法的进一步降解处理；◆该技术采用物理——化学处理方法，其操作简单，易于控制和管理。1.2高级氧化技术发展历史20世纪80年代高级氧化技术开始应用于饮用水的处理中，后来被广泛用于不同废水的处理。18941935194820世纪70年代Fe2+与H2O2混合后可以产生·OH自由基FentonO3在水溶液中可与OH-反应生成·OH自由基WeissH2O2在水溶液中可离解成HO2-，可诱发产生·OH自由基，随后O3和H2O2复合的高级氧化技术被发现Taube、Bray光催化可产生·OH自由基Prengle、Cary等72、臭氧氧化技术不稳定、具有特殊刺激性气味的浅蓝色气体常温常压下氧化电位：2.07V强氧化性在水中短时间可自行分解、无二次污染理想的绿色氧化剂除臭、脱色、杀菌和去除有机物水处理中的作用臭氧氧化技术作为高级氧化技术的一种，在水处理领域的许多方面已经得到了应用。88氧化剂种类标准电极电位/VF22.87·OH2.80O32.07H2O21.77ClO21.50Cl21.36O21.23表1几种常见氧化剂的标准电极电位92.1臭氧反应机理10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，和在水中形成具有强氧化作用的羟基自由基（·OH），他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，其副产物无毒，基本无二次污染，不仅可以消毒杀菌，还可以氧化分解水中污染物。22342HO3OOHO2.2臭氧在水处理中的应用常规净水工艺后深度处理代替氯对水进行消毒消毒11常规净水工艺前预处理◆在饮用水处理中，臭氧主要用于三个方面：饮用水处理——消毒杀菌原理45%55%12◆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。8表2臭氧消毒的优缺点13优点缺点消毒速度快、效果好造价高，费用比氯贵增加了水中的溶解氧不能长时间维持剩余臭氧提高了废水的可生化性必须现制现用要求的臭氧浓度不高设备复杂，操作及维修麻烦不生成毒性化合物水质水量变化时，调节投加量困难注：臭氧浓度、水温、pH值、水的浊度等臭氧杀菌影响因素自来水消毒时臭氧投加量一般为1-3mg/l，接触时间不小于5min实际应用例如：臭氧对于滤过性病毒的灭活作用非常有效。但青霉素之类的菌种对臭氧就具有一定的抗性选择性常用消毒剂消毒效果14lllll2223CNHNHCOCHOCOCO饮用水处理——色、嗅、味的去除15◆地表水体的色度主要由溶解性有机物、悬浮胶体、铁锰和颗粒物引起。溶解性有机物引起的色度较难去除，其致色有机物的特征结构是带双键或芳香环。16饮用水处理——色、嗅、味的去除原理◆其脱色机理是臭氧及其产生的自由基（·OH）使染料发色基团中的不饱和键（芳香基或共轭双键）断裂生成小分子量的酸和醛，生成了低分子量的有机物，从而导致水体色度显著降低；◆臭氧可氧化铁、锰等无机有色离子为难溶物；◆臭氧的微絮凝效应还有助于有机胶体和颗粒物的混凝，并通过过滤去除致色物。17臭氧氧化性能的影响因素1、臭氧的投加量：在有机物浓度一定、连续地通入臭氧混合气体的半连续半间歇操作中，随单位时间内臭氧通入量的增加，有机物氧化反应速率和去除率相应提高。但若过量，有机物去除率反而降低，原因是O3会与·OH反应，将其氧化。182、溶液pH臭氧本身的氧化能力与pH值有关，臭氧在水中的分解随着pH值得提高而加快。◆pH4时，臭氧在水中的分解可以忽略不计，其反应主要是臭氧与污染物直接反应；◆pH更高时，臭氧主要实在OH-的催化作用在，经一系列链式反应分解成具有强氧化性的羟基自由基（·OH）而对污染物进行非选择性氧化降解；◆pH每提高一个单位，臭氧分解速度大约提高3倍。◆在碱性条件下的污染物去除率高于酸性条件193、有机物浓度当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4、臭氧的投加方式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、水混合扩散；（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。臭氧氧化技术在应用中存在的问题20◆低浓度臭氧处理有机物时不能将其完全氧化为二氧化碳和水，而是生成一系列的中间产物，如醛、羧酸等；◆臭氧溶解度低，限制了臭氧在水处理中的应用；◆臭氧极不稳定，重量浓度为1%已下单额臭氧在常温常压的空气中的半衰期为16小时，水中臭氧浓度为3mg/L时，半衰期仅30分钟左右；◆单独臭氧氧化的产·OH速度较慢。3、臭氧处理单元的自身改进211、O3/UV高级氧化技术OHhvOHOHOhvOHO·22222223促使臭氧分解产生比自身活性更高，且几乎无选择性的各类自由基O3/UV高级氧化技术——应用22◆O3/UV氧化法在20世纪70年代被研究用于废水处理，以处理有毒且难生物降解物质。在工业废水的处理中，可用于去除水中的铁氰酸盐、溴酸盐等无机物；氨基酸、醇类、农药、氯代有机物、含氮或硫等有机污染物。823用O3/UV法处理TNT废水，12小时后，TNT降解率为73%O3/UV处理TNT炸药废水的研究：实验用254nm的紫外光配合臭氧，研究在单纯臭氧、单纯紫外光照射以及O3/UV情况下的TNT去除率，后者去除效率最高，臭氧在紫外光的协同作用下，由于羟基自由基的形成，有效地破坏了有机物的分子结构并最终使之矿化。24O3/H2O2高级氧化技术诱发反应：22223H··OHOHOOOHO·H2323222HOOHOOHHOO8252332332···OOHHOHOHOOOOO链式反应传递：总的自由基HO·生成反应：2223233·224·23OOHOHOOOHOHOO3/H2O2高级氧化技术的特点不会产生二次污染相比于O3/UV，H2O2对·OH的产生有协同作用，对有机物的降解率更高，反应速度更快可直接将污染物氧化为CO2和水处理费用低，具有发展前途264、臭氧与其他常规水处理单元结合27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，从而提高处理效果组合形式：O3—活性污泥；O3—活性炭吸附；O3—絮凝—膜处理；O3—气浮（吹脱）；O3—生物活性炭。臭氧/生物活性炭技术28◆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使该技术在我国最具代表性的应用。工艺特点：臭氧直接将部分能被其氧化成无害物质的污染物去除将大分子有机物分解成可生物降解的小分子有机物，同时臭氧分解产生的氧气使水中溶解氧充足，为后续生物降解提供必要的条件吸附和生物降解有机物破坏水中残余臭氧臭氧生物活性炭生物活性炭29臭氧：氧化大分子疏水性有机物活性炭：吸附中间分钟量的有机物微生物：去除小分子的亲水性有机物THANKYOUFORWATICHING