臭氧氧化技術(shù)

韓建濤等

摘 要：臭氧作為一種強氧化劑，在水處理中得到了廣泛的應(yīng)用。主要體現(xiàn)在飲水處理、游泳池水處理、污水和尾氣排放、活性炭過濾前的臭氧氧化以及混凝與臭氧氧化技術(shù)的有機結(jié)合。本文概述了臭氧的物理化學(xué)性質(zhì)，臭氧氧化技術(shù)的發(fā)展及特點和在廢水處理中的應(yīng)用，介紹了臭氧氧化技術(shù)的作用機理和臭氧氧化技術(shù)的優(yōu)缺點。

關(guān)鍵詞：水處理；臭氧氧化；強氧化劑；活性炭過濾；混凝

水是人類社會賴以生存與發(fā)展、文明與進步的基本保障，與我們每個人息息相關(guān)。面臨全球性水資源短缺、水環(huán)境污染嚴重、城市和工業(yè)發(fā)展對水質(zhì)水量要求不斷提高的挑戰(zhàn)，我們已進入一個極其緊迫、相當復(fù)雜、全球性的生態(tài)與經(jīng)濟相互依賴的時期。臭氧氧化技術(shù)是在水處理中受到普遍關(guān)注的氯消毒副產(chǎn)品對人體具有致命危害之后開始重視并廣泛采用的方法。

1 臭氧的物理化學(xué)性質(zhì)

物理性質(zhì)：臭氧是氧的同素異構(gòu)體，在室溫下為無色氣體，具有一種特殊的臭味。在標準狀態(tài)下，容重為2.144g/L.

化學(xué)性質(zhì)：臭氧是一種強氧化劑，其氧化能力僅次于氟，比氧、氯及高錳酸鹽等常用的氧化劑都高。且是有毒氣體，具有腐蝕性。

2 臭氧氧化技術(shù)的發(fā)展及特點

人們發(fā)展了臭氧生產(chǎn)技術(shù)，尋找到了新的工藝流程；同時，臭氧的應(yīng)用領(lǐng)域、化學(xué)性質(zhì)以及反應(yīng)物也得到進一步的研究。臭氧具有很強的氧化性，可以氧化多種化合物，因此，臭氧氧化技術(shù)在水處理中被廣泛應(yīng)用。臭氧氧化技術(shù)具有如下特點：（1）臭氧不僅有很好的快速殺菌、消毒性質(zhì)，而且具有極高的氧化有機和無機化合物的氧化力，可去除其它水處理工藝難以去除的物質(zhì)。（2）臭氧的反應(yīng)完全、速度快， 從而可以減小構(gòu)筑物體積。（3）剩余臭氧會迅速轉(zhuǎn)化為氧氣，能增加水中溶解氧，效率高，不產(chǎn)生污泥，不造成二次污染。（4）在提高凈化效果、殺菌、消毒的同時，可除嗅、除味。（5）制備臭氧用的電和空氣不必儲存和運輸，臭氧化裝置占地小，運行操作管理簡單。

3 臭氧氧化技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用

臭氧氧化技術(shù)在水處理方面的應(yīng)用越來越被人們所接受和認同，并由此而產(chǎn)生多種更有效的復(fù)合處理工藝。結(jié)合常規(guī)的水處理工藝，應(yīng)用預(yù)臭氧氧化技術(shù)會帶來事半功倍的效果。

3.1 紡織印染廢水處理

紡織印染行業(yè)是工業(yè)廢水排污大戶，印染廢水具有水量大、有機污染物含量高、色度深、堿性大、水質(zhì)變化大等特點，屬難處理的工業(yè)廢水。隨著印染新工藝、新原料、新染料、新助劑的不斷開發(fā)和應(yīng)用，使得生產(chǎn)過程中排放的廢水中污染物變得越來越復(fù)雜。處理的難度也在不斷增大，傳統(tǒng)的二級處理已經(jīng)不能適應(yīng)廢水治理和回用的要求。而用臭氧進行深度處理在去除色度和COD方面有顯著的效果，并已廣泛應(yīng)用于印染廢水處理。S.Liakou等闡明了臭氧氧化是將有機染料轉(zhuǎn)化為易生物降解有機酸的一種有效途徑，指出草酸鹽、苯磺酸、甲酸鹽等是臭氧氧化的中間產(chǎn)物，并建立了一種數(shù)學(xué)模型來描述偶氮染料的消除過程，COD和BOD 在印染廢水中的變化等。盧寧等對印染廢水采用臭氧處理.結(jié)果發(fā)現(xiàn)臭氧對含有GBC棗紅基染料的印染廢水的色度和CODcr去除率分別達94%和72%，出水的pH值趨于中性。采用臭氧、活性炭、臭氧一活性炭對染色殘液進行脫色對比試驗，研究表明臭氧一活性炭法有助于使溶液的CODcr去除率由單獨臭氧處理的27%上升至92% ，對色度的去除率也接近100%。

3.2 垃圾滲濾液處理

垃圾滲濾液是一種污染性極強的高濃度有機廢水.含有機污染物高達77種，其中促癌物、輔致癌物5種，被列入我國環(huán)境優(yōu)先控制污染物“黑名單”。垃圾滲濾液對周邊環(huán)境、填埋場土層及地下水都會造成極大的污染。馮旭東等采用生物一臭氧氧化技術(shù)對垃圾滲濾液進行了研究。結(jié)果表明，當臭氧流量為0.4Lmin時，廢水中的COD由900mg/L降為550mg/L以下，其BOD5/COD在0.28上下波動.生物降解性大大提高。傅平青等以水玻璃、硫酸、硫酸鋁和廢鐵屑為原料研制出的聚硅酸硫酸鋁鐵類混凝劑（PSAFCS），結(jié)合臭氧氧化處理某垃圾填埋場滲濾液。實驗結(jié)果表明：經(jīng)過該處理工藝，垃圾滲濾液CODcr的去除率達70.6% ，BOD 的去除率達75.4%，色度去除率為94%，其水質(zhì)已經(jīng)基本接近我國生活垃圾填埋場污染控制二級標準。德國的Wenzel的實驗表明，用UV/O3法處理垃圾滲濾液中的難降解有機物效果明顯，其中苯酚碳氫化合物的降解率達到了100%，聯(lián)苯的降解率為96%，二氧（雜）芑和呋喃的降解率在74%以上?？偭子稍?～1.5mg/L降到0.5mg/L以下，試驗效果比較理想，可達到工業(yè)用水的要求。

4 臭氧氧化技術(shù)的作用機理

臭氧是一種不穩(wěn)定的物質(zhì)，在空氣中會慢慢地連續(xù)自行分解成氧，同時放出大量熱，其濃度為25%以上時很容易爆炸。但一般臭氧化空氣中臭氧濃度不超過l0%，故不會發(fā)生爆炸。濃度為1%以下的臭氧，在常溫常壓下的空氣中分解， 半衰期為16h左右。而在水中，其分解速度比在空氣中快得多，水中臭氧濃度為3mg/l，其半衰期僅l5～30 min 。臭氧在水中分解速度隨水溫、pH值提高而加快。故臭氧一般都就地制造、就地利用。臭氧可以進攻有機物負電原子，進行親電反應(yīng)；臭氧還可以進攻有機物分子中帶正電原子核，進行親核反應(yīng)。工業(yè)上常使用電暈放電法。在放電間隙，氧被電離成離子，高活性的氧離子同氧分子反應(yīng)生成臭氧。

5 臭氧氧化技術(shù)的優(yōu)缺點

優(yōu)點：（1）氧化能力強，對除臭、脫色、殺菌、去除有機物和無機物都有顯著地效果。（2）處理后廢水中的臭氧易分解，不產(chǎn)生二次污染。（3）制備臭氧用的空氣和電不必貯備和運輸，操作管理也較方便。（4）處理過程中一般不產(chǎn)生污泥。

缺點：（1）造價高。（2）處理成本高。

6 結(jié)語

近年來，人們對臭氧的使用是本著揚長避短的原則。臭氧氧化技術(shù)多用于與其它技術(shù)的聯(lián)合使用以及各種催化臭氧氧化技術(shù)，其處理效果均優(yōu)于單獨使用臭氧。相信不遠的將來，臭氧氧化技術(shù)必將會有更大的應(yīng)用空間和發(fā)展前景。

參考文獻

[1]許建華等·水的特種處理·同濟大學(xué)出版社

[2]張林生·水的深度處理與回用技術(shù)·化學(xué)工業(yè)出版社

[3]張自杰·排水工程·中國建筑工業(yè)出版社

作者簡介

韓建濤（1991-），男，漢族，河南鄭州人，鄭州大學(xué)給水排水工程2011級本科生。

郭竟爭（1992-），男，漢族，河南禹州人，鄭州大學(xué)給水排水工程2011級本科生。