臭氧氧化技術在水處理中的應用研究

摘要：臭氧（O3）對各種物體的氧化能力較強，并且是極易溶于水的一種氧分子。因此，人們常常利用臭氧來氧化水中的污染物，從而使水更加清潔，減少因污水導致的土壤破化，以及對水生物的傷害。臭氧在臭氧氧化技術中的工作原理極其簡單，一方面通過自身的氧化作用直接對水中污染物進行分解，另一方面，通過產(chǎn)生一種化學物質間接對污染物進行降解。該技術容易操作，因此臭氧氧化技術被廣泛地應用于工業(yè)生產(chǎn)的廢水處理中。

關鍵詞：臭氧；氧化技術；水處理；應用

中圖分類號：X52 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2018）01-0081-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.01.047

Application of ozone oxidation technology in water treatment

Mou Jie

（Design Center of Tianjin Environmental Protection Technology Development Center， Tianjin 300074，China）

Abstract： Ozone （O3） is a powerful oxidizing agent for various objects and is an oxygen molecule that is highly soluble in water. As a result， ozone is often used to oxidize water pollutants， thereby making the water cleaner， reducing soil runoff caused by sewage， and damaging aquatic life. Ozone in the ozone oxidation technology works Simple machine， on the one hand directly through their own oxidation of pollutants in the water decomposition， on the other hand， through the production of a chemical pollutants indirectly degradation. The technology is easy to operate， so ozone oxidation technology is widely used in industrial wastewater treatment.

Key words：Ozone；Oxidation technology；Water treatment；Application

在1787年，德國人Van Ma-rum在使用電極設備時，發(fā)現(xiàn)在空氣高壓的狀態(tài)下，發(fā)電機在進行放電的同時產(chǎn)生一些怪異的氣體。到了1801年，一位科學家Cruickshank在使用純氧做水電解的實驗時，發(fā)現(xiàn)在陽極出也放出了與之前相同氣味的氣體。該種化學氣體，經(jīng)過后來的一些科學家的探討，被一位名叫Schonbei的法國科學學者命名為OZONE，即O3（臭氧）。近年來因臭氧氧化能力強的特點，被廣泛地應用于工業(yè)的各個領域，并且隨著我國科技的進步，氧化技術水平也在不斷地提高。文章將從分析臭氧獨特的性質入手，探究臭氧進行氧化過程的原理，臭氧可以應用的范圍和一些工業(yè)領域。

1 臭氧的性質

臭氧在水中進行溶解之后會逐步轉變成長鏈狀的有機物，并且這種有機物是不飽和的狀態(tài)。臭氧是屬于氧的同素異形體，屬于一種含有三個氧原子的大分子，并且這三個氧原子呈現(xiàn)三角形的排列方式。其中處于中間的一個原子與其他的兩個原子距離長度是相等的。臭氧在正常的溫度下呈現(xiàn)的是一種淡藍色的氣體，并有一種刺鼻的魚腥味，溶于水之后使水變成了深藍色，而臭氧在固體的狀態(tài)時是紫黑色的。臭氧的分子結構界定其具有不穩(wěn)定的特點，一般情況下，在空氣中臭氧只需要20～50 min就可以完全揮發(fā)掉，所以臭氧在空氣中有一部分會變成氧氣，并且溫度越高越容易分解，分解的速度也就越快[1]。研究表明，臭氧在水中的分解速度要比在空氣中慢一些，正常情況下為35 min，并且其溶解速度受到水溫的影響，因此要具體情況具體分析。將臭氧、氯、過氧化氫這三種化學分子的電極電位進行比較，發(fā)現(xiàn)臭氧的氧化性能最優(yōu)，氯和過氧化氫分別為1.36和1.78. 所以，臭氧氧化性最強，僅次于氟，而氟不易溶于水的特征決定了在進行水處理時，應當首選臭氧。如上表1的調查數(shù)據(jù)可知。

臭氧有著高強度的氧化性能，顯而易見其缺點就是自身的強腐蝕性。除了一些比較貴重的金屬，例如金、鉑以外，臭氧對其他類型的金屬都具有高強度的腐蝕和破壞的作用，此外，臭氧還對一些非金屬的物體同樣具有腐蝕性，即便是一些抗腐蝕性極強并且含有聚氯乙烯的塑料制品。在操作臭氧技術時所使用的設備也會因和臭氧的接觸而產(chǎn)生氧化的現(xiàn)象，設備經(jīng)常會出現(xiàn)疏松和開裂的問題。臭氧有著難聞的氣味，并且并不是無毒的氣體，所以工業(yè)對臭氧的生產(chǎn)量要有所控制，不能進行大量的生產(chǎn)，否則對人的身體也會帶來一定的危害。研究結果顯示，臭氧的濃度超標時會對周圍的動物產(chǎn)生傷害[2]。當人身處臭氧濃度為（0.5～1）×10-6環(huán)境下，并待1.5 h后，人的身體會感到不適，進而出現(xiàn)口干、咳嗽的現(xiàn)象。人一旦長時間處于這樣的環(huán)境中，嚴重者可能導致其呼吸道感染，研究報道表明，臭氧還有致癌的危害。

2 臭氧氧化機理

通過研究相關的化學原理或者一些理論的推導可以知道，任何化學物質在進行氧化反應時都是通過使苯系物質、大分子量物質中較弱的化合鍵進行分解和斷開，進一步形成分子含量較小的化學物質；從而改變了目標降解物的分子結構，使其更加容易通過氧化分解掉。臭氧通過直接氧化或者間接氧化的工程實現(xiàn)對水中污染物的破壞和分解。間接的方式可以說是臭氧溶解在水中之后，產(chǎn)生的羥基自由基從而實現(xiàn)對水中污染物氧化作用也就是R反應。其中，這兩種氧化作用是存在差異的，直接進行氧化作用時，水溶液中存在著是O3 分子，可以對水中的有機物直接發(fā)生氧化作用，清除掉水中的污染物質，進而使水達到清潔的目的；間接氧化是指O3分子溶解于水之后，會產(chǎn)生比O3分子本身氧化能力更強的化學物質，也就是羥基自由基，它也可以對水中的有機物進行氧化反應，并且氧化能力更強，這就是O3的間接氧化清除污染物的過程。

3 臭氧氧化技術在水處理中的應用案例

近年來，臭氧氧化技術被各大化工工廠廣泛的采用，因該技術對于污水的處理效果極佳，并且該技術較簡單且易操作，花費的成本也較低，以下將從三個應用場景來對臭氧水處理技術進行探討。

3.1 印染污水和造紙污水處理

臭氧獨特的氧化性能使之可以很好的與有機物中的發(fā)色基團發(fā)生化學作用，實現(xiàn)斷開有機物的化學鍵的功能，進而使水中污染物質中的大分子逐步變小，并使之變成無色的小分子，進而實現(xiàn)消除污染物的目的。所以臭氧便可以應用在處理一些燃料或者印刷的工業(yè)中，例如染布工業(yè)和一些造紙工業(yè)中，對于清除掉廢水的顏色起到了重要的作用[4]。國外的一些科學家據(jù)此導出了臭氧在對染料進行分解過程中產(chǎn)生一系列反應的方程式，另外還進一步探討了水中的COD和BOD5發(fā)生哪些化學反應。我國相關領域的學者盧寧川等在研究臭氧氧化印染廢水時，得出結論是臭氧對GBC棗紅基染料清除率為94%，而對CODCr卻只有72%[5]。

3.2 煉油廠的污水處理

煉油廠的廢水與其他類別的廢水不同，其污物質大部分是石油大分子發(fā)生分解后產(chǎn)生的有利分子，這種產(chǎn)物自身可降解能力較弱，因此必須要利用氧化能力強的化學分子進行分解。傳統(tǒng)上一直所采用的方式通常為“隔油+氣浮+生化”。 而當前國內已經(jīng)出現(xiàn)一些學者利用臭氧進行該類型廢水的處理[6]。實驗過程中進水量的要求為0.5 m3/h、HRT 1.49 h，COD 44.07～102.13 mg/L、 氨氮28.37～50.01 mg/L、水中污染物的濃度大概為4.10～6.77 mg/L。經(jīng)處理后 COD、氨氮、石油類物質平均清除率分別達到 94%、96.1%、91.9%。經(jīng)過臭氧處理后的水可以實現(xiàn)重復使用。

4 結束語

臭氧氧化技術已經(jīng)得到大力的推廣，其成本低廉且易于把控的優(yōu)勢，使得其受到各類化工廠的廣泛運用和支持。當前我國的水資源狀況出現(xiàn)了許多問題，人們一味地發(fā)展重工業(yè)的同時，卻忽略了對水資源節(jié)約環(huán)保的意識。臭氧氧化技術將發(fā)揮巨大的作用，隨著我國保護環(huán)境意識的加強以及科技的進步，臭氧氧化技術的應用范圍將會更加廣闊，此外，相關的技術人員還應該結合其他的氧化技術，為未來實現(xiàn)更成熟和更完善的水處理技術提供保障。

參考文獻

[1]趙國方，趙紅斌.廢水高溫深度氧化處理技術[J].現(xiàn)代化工，2013，（01）：88.

[2]王怡中，胡克源.乙醛在銅錳鐵氧化物催化劑上深度氧化反應動力學[J].環(huán)境科學學報，2015，（01）：45-46.

[3]莊漢平，閔育順，黃曉東.水處理過程中的深度氧化技術[J].中山大學學報論叢，2012，（05）：11-12.

[4]王金安，汪仁.單組分催化劑對甲醇的深度氧化[J].環(huán)境科學，2014，（02）：90.

[5]吳開元，陳霞輝，周印.深度氧化技術系統(tǒng)在高難廢水處理中的應用研究[J].水處理技術，2013，（11）：25.

[6]陸衛(wèi)軍.深度氧化工藝處理稀濃度廢水[J].污染防治技術，2013，（04）：79.

收稿日期：2017-12-08

作者簡介：牟潔（1986-），女，工程師，研究方向為水污染防治技術與管理。