給水處理中臭氧的應(yīng)用

吳亞群

（甘肅林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,甘肅 天水741020）

1 臭氧（O3）的應(yīng)用背景

臭氧是一種具有極強(qiáng)氧化性的氣體。人們認(rèn)識(shí)臭氧的氧化作用大約是在19世紀(jì)后期，隨著人們對(duì)臭氧的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，也逐漸開(kāi)始了對(duì)它的應(yīng)用。人們對(duì)臭氧的應(yīng)用最早主要集中于蔗糖的精制和亞麻制品的漂白當(dāng)中，隨后隨著臭氧技術(shù)的不斷發(fā)展成熟，科學(xué)研究者又大膽的將臭氧應(yīng)用于牛奶等的保鮮，釀造中的殺菌消毒，脫色、除臭等。另外，臭氧還具有一定的廣譜殺生能力。它的殺生效果好、速度快、公害少，因而被認(rèn)為是較理想的環(huán)保型氧化劑[1]。目前，在世界各國(guó)有關(guān)臭氧技術(shù)的應(yīng)用已較為廣泛。近年來(lái)，我國(guó)的水源污染問(wèn)題也逐漸暴露，并已嚴(yán)重的影響到城市的供水安全，各地（市）、供水企業(yè)、科研專家均做出了積極的努力，希望通過(guò)技術(shù)的革新、加強(qiáng)企業(yè)供水管理等手段，從而提高用水水質(zhì)。其中通過(guò)引進(jìn)臭氧技術(shù)以確定水質(zhì)安全就是一個(gè)重要的技術(shù)措施。但對(duì)于臭氧的研究應(yīng)用還明顯不夠，特別是與一些發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的臭氧技術(shù)應(yīng)用水平還存在不小差距。

2 臭氧的物理化學(xué)性質(zhì)

臭氧是氧的同素異型體。在常溫常壓下，具有特殊的刺激性氣味，不穩(wěn)定，極易分解，常溫下為淺藍(lán)色，液態(tài)時(shí)為深藍(lán)色。臭氧可溶于水，且純臭氧溶解度較高，一般約為氧的10倍左右，空氣的25倍左右。

臭氧具有強(qiáng)的氧化性，是常用氧化劑中氧化能力最強(qiáng)的，在水中的氧化還原電位為2.07V，其氧化能力高于氯（電位為1.36V）和二氧化氯（電位為1.50V），且臭氧具有較強(qiáng)的腐蝕性。

3 臭氧的凈水原理

（1）臭氧的氧化作用。由于臭氧的強(qiáng)氧化性和不穩(wěn)定性。當(dāng)臭氧溶解于水后就會(huì)發(fā)生如下的兩種反應(yīng)：一種是直接的氧化反應(yīng)，其反應(yīng)速度較慢，但發(fā)生反應(yīng)時(shí)的選擇性較高，這種反應(yīng)下通常較易與水中的乙醇、胺及苯酚等發(fā)生反應(yīng)。另一種是臭氧在水中分解產(chǎn)生羥基自由基（HO·）和具有強(qiáng)氧化性的單原子氧（O），可在短時(shí)間內(nèi)殺死水中的細(xì)菌等微生物。

直接反應(yīng)：污染物+03→產(chǎn)物或中間物。

間接反應(yīng)：污染物+HO·→產(chǎn)物或中間物。

臭氧在水中發(fā)生如下反應(yīng)[2]：

在堿性環(huán)境中，臭氧與OH-反應(yīng)，可快速產(chǎn)生自由基，O3+OH-→HO2-+O2，O3+HO2-→ HO·+O2-+O2。此反應(yīng)的產(chǎn)物HO·具有比臭氧更強(qiáng)的氧化能力,能使有機(jī)污染物發(fā)生如下的反應(yīng)[3]：

通過(guò)上述反應(yīng)可見(jiàn)，由于臭氧的強(qiáng)氧化能力，因此可利用臭氧快速高效且廣泛的氧化分解水中的有機(jī)污染物質(zhì)，分解大分子難降解的有機(jī)物為易降解的小分子物質(zhì)，從而降低水的污染程度。

（2）臭氧的消毒作用。臭氧具有一定的消毒和殺菌的作用，其作用機(jī)理主要是通過(guò)臭氧的強(qiáng)氧化能力直接作用于細(xì)菌等微生物的細(xì)胞膜，破壞其DNA或RNA，最終使其細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)遭到損害，抑制其新陳代謝作用，導(dǎo)致其停止生長(zhǎng)，最終使其死亡。

（3）臭氧的脫色除臭作用。實(shí)驗(yàn)表明，水中的色度主要是由于含有發(fā)色基團(tuán)（如：偶氮基、氧化偶氮基、羧基、硝基等）的溶解性有機(jī)物、懸浮膠體、鐵錳和顆粒物等引起的。在臭氧作用下，這些物質(zhì)的發(fā)色基因與臭氧在水中的分解物羥基自由基發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生低分子有機(jī)物，從而降低了水體的色度。另外，由于臭氧的微絮凝作用[4]和強(qiáng)氧化作用可使水中的懸浮膠體及低價(jià)鐵錳沉淀去除。

4 臭氧在給水處理中的應(yīng)用

（1）氧化去除有機(jī)污染物。水體中的有機(jī)污染物主要有天然有機(jī)物和人工合成有機(jī)物。天然有機(jī)物主要指各種動(dòng)植物腐爛分解后所產(chǎn)生的腐質(zhì)酸等。而人工合成有機(jī)物主要為各類有毒、有害的有機(jī)污染物等。它們通常具有難降解、有殘留、易富集、種類多、毒性大、對(duì)公眾危害嚴(yán)重等特點(diǎn)。采用常規(guī)的給水處理工藝往往對(duì)于有機(jī)污染物特別是溶解性有機(jī)污染物的去除效果并不理想。但利用臭氧的強(qiáng)氧化能力可將水中大分子等難于降解的有機(jī)污染物氧化分解成小分子易分解去除的有機(jī)物，并且還可以直接徹底去除部分有機(jī)污染物。

（2）氧化去除無(wú)機(jī)物。由于臭氧的強(qiáng)氧化性，在給水處理的預(yù)臭氧化階段，無(wú)論在酸性或堿性條件下都可將原水中無(wú)機(jī)物質(zhì)，如鐵、錳及一些重金屬物質(zhì)等去除。通常經(jīng)過(guò)臭氧氧化能將水中的二價(jià)鐵、錳等及其他金屬離子氧化成三價(jià)鐵及高價(jià)錳等，使溶解性的鐵、錳變成固態(tài)物質(zhì)沉淀，然后通過(guò)過(guò)濾或絮凝、沉淀去除，反應(yīng)式如下：

（3）控制藻類。目前，在世界各國(guó)的給水處理中，控制藻類仍是普遍存在的問(wèn)題。通常在給水處理當(dāng)中，由于藻類含量過(guò)高，就會(huì)產(chǎn)生一系列的問(wèn)題，如混凝劑投加量增加，濾池過(guò)濾周期縮短，致臭并產(chǎn)生藻毒素，和氯作用形成氯化消毒副產(chǎn)品，降低飲用水安全等。其中，導(dǎo)致藻類污染的一個(gè)重要問(wèn)題就是藻毒素的產(chǎn)生，而通過(guò)預(yù)臭氧化作用就是溶裂藻細(xì)胞從而達(dá)到殺死藻類的作用，最終使死亡的藻類易于被后續(xù)工藝去除。

5 結(jié)語(yǔ)

臭氧技術(shù)的應(yīng)用在世界歷史上已有百余年，特別是一些歐洲經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國(guó)家，而我國(guó)應(yīng)用臭氧技術(shù)進(jìn)行水處理僅處于剛剛起步階段，并且受經(jīng)濟(jì)、技術(shù)水平等的限制，對(duì)臭氧的應(yīng)用還不夠廣泛。因此，渴望在不久的未來(lái)，在各界人士的共同努力下，臭氧技術(shù)在我國(guó)水處理行業(yè)能有更大的應(yīng)用空間和發(fā)展前景，同時(shí)給社會(huì)帶來(lái)更多的健康和清潔。

[1]宗旭,楊波,白希堯等.臭氧的應(yīng)用與進(jìn)展[J].化工時(shí)刊,2002(12):11-14.

[2]龐會(huì)從,王振川,鄧曉麗等.臭氧在水處理中的應(yīng)用[J].河北科技大學(xué)學(xué)報(bào),2003,24(02):81-85.

[3]賴萬(wàn)東,楊卓如,陳渙欽.臭氧在冷卻水中的緩蝕與阻垢機(jī)理的研究[J].工業(yè)水處理,1999,19(03):24-2.5.

[4]袁波祥,陳莎,楊圣杰等.臭氧化技術(shù)在水處理中的應(yīng)用[J].北方交通大學(xué)學(xué)報(bào),2001,25(06):54-56.