臭氧氧化消毒技術(shù)分析

宋莉莉　石潔璐

摘 要：臭臭氧作為強(qiáng)氧化劑用在凈水過(guò)程中的各階段，主要為預(yù)臭氧化、中間臭氧化和最終的消毒。預(yù)臭氧化可部分降解天然有機(jī)物和非活性微生物，以提高絮凝、沉淀等后續(xù)工藝去除濁度和除色、 去異味、去臭的效率；中間臭氧化主要為降解有機(jī)微污染物，去除三鹵甲烷前體物和提高可生物降解性能；而臭氧用于最終的消毒可去除凈水過(guò)程中的殘余微生物及減少消毒副產(chǎn)物的形成。

關(guān)鍵詞：臭氧；強(qiáng)氧化；消毒；水處理

1 臭氧的性質(zhì)

臭氧是一種強(qiáng)氧化劑，氣態(tài)臭氧厚層帶藍(lán)色，有刺激性腥臭氣味，濃度高時(shí)與氯氣氣味相像；液態(tài)臭氧深藍(lán)色，固態(tài)臭氧紫黑色。另外，臭氧為純凈物。在常溫下，易分解，生成氧氣和氧原子，所以臭氧在工作中沒有二次污染產(chǎn)生，這是臭氧技術(shù)應(yīng)用的最大優(yōu)越性。在標(biāo)準(zhǔn)壓力和常溫下，它在水中的溶解度是氧氣的13倍，是空氣的25倍。與氧氣比，臭氧比重大、有味、有色、易溶于水、易分解。臭氧是已知最強(qiáng)的氧化劑之一，臭氧由于其在水中有較高的氧化還原電位僅次于氟。

2 臭氧消毒的機(jī)理

臭氧是僅次于氟的第二強(qiáng)氧化劑，菌過(guò)程屬生物化學(xué)氧化反應(yīng)。臭氧消毒機(jī)理可分為兩類：

2.1 臭氧殺菌機(jī)理

以氧化作用破壞微生物膜的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)殺菌作用。臭氧首先作用于細(xì)胞膜，使膜構(gòu)成成分受損傷導(dǎo)致新陳代謝障礙，臭氧繼續(xù)滲透穿透膜而破壞膜內(nèi)蛋白質(zhì)和脂多糖，改變細(xì)胞的通透性，導(dǎo)致細(xì)胞溶解、死亡。臭氧能氧化分解細(xì)菌內(nèi)部葡萄糖所需的酶，使細(xì)菌滅活死亡。并且講死亡菌體內(nèi)的遺傳基因，寄生菌種，寄生病毒粒子，噬菌體，支原體及熱原（內(nèi)毒素）等溶解變性死亡，臭氧滅菌屬于溶菌劑，即可以達(dá)到徹底，永久的消滅物體內(nèi)部所有微生物。

2.2 臭氧滅活病毒機(jī)理

以氧化作用直接破壞其核糖核酸RNA或脫氧核糖核酸DNA物質(zhì)而完成的。

臭氧水滅菌情況有些不同，其氧化反應(yīng)有兩種，微生物菌體既與溶解水中的臭氧直接反應(yīng)，又與臭氧分解生成的羥基OH的間接反應(yīng)，由于羥基OH為極具氧化性的氧化劑，因此臭氧水的殺菌速度極快。

3 臭氧消毒于水處理消毒優(yōu)缺點(diǎn)

3.1 臭氧消毒滅菌的優(yōu)點(diǎn)

臭氧滅菌屬溶菌級(jí)，殺菌徹底，無(wú)殘留，殺菌廣譜，可殺滅細(xì)菌繁殖體和芽孢、病毒、真菌，并可破壞肉毒桿菌毒素，且反應(yīng)快，投量少；臭氧消毒的適應(yīng)能力強(qiáng)，在pH為5.6-9.8、水溫0-37℃的范圍內(nèi)消毒性能受影響很??；不產(chǎn)生持久性殘余，無(wú)二次污染；與氯消毒劑聯(lián)用可大幅度減少氯使用量。

由于氯消毒會(huì)產(chǎn)生具有致癌性的THMs（三鹵甲烷），臭氧消毒后補(bǔ)加少量氯消毒劑，可大幅減少THMs的產(chǎn)生；臭氧消毒后增加污水的絮凝沉降性能。而傳統(tǒng)的滅菌消毒方法，無(wú)論是紫外線，還是化學(xué)熏蒸法，都有不徹底、有死角、工作量大、有殘留污染或有異味等缺點(diǎn)，并有可能損害人體健康。如用紫外線消毒，在光線照射不到的地方?jīng)]有效果，有衰退、穿透力弱、使用壽命不長(zhǎng)等缺點(diǎn)?；瘜W(xué)熏蒸法也存在不足之處，如對(duì)抗藥性很強(qiáng)的細(xì)菌和病毒，則殺菌效果不明顯。

3.2 臭氧用于污水回用和飲用水消毒的缺點(diǎn)

臭氧不易溶于水，且不穩(wěn)定；污水消毒時(shí)受水質(zhì)的影響較大，所含有少量的有機(jī)物會(huì)增大臭氧消耗量，消毒成本增加；當(dāng)臭氧接觸時(shí)間不足時(shí)，有機(jī)物不完全氧化產(chǎn)生醛、酮類等有毒有害物質(zhì)。臭氧消毒作為氯消毒的替代方法，在飲用水處理中被越來(lái)越多地應(yīng)用。

試驗(yàn)表明，臭氧幾乎對(duì)所有細(xì)菌、病毒、真菌及原蟲、卵囊都具有明顯的滅活效果。但是臭氧氧化含有溴離子的原水時(shí)會(huì)產(chǎn)生溴酸根。溴酸根已被國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)定為2B級(jí)潛在致癌物，WHO建議飲用水的最大溴酸根含量為25μg/L，美國(guó)環(huán)保局（USEPA）飲水標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定溴酸根的最高允許濃度為10μg/L。臭氧氧化過(guò)程中溴酸鹽的生成有臭氧氧化和臭氧/氫氧自由基氧化兩種途徑，控制溴酸鹽可以從控制其形成和生成后去除兩個(gè)方面進(jìn)行。降低pH、添加氨氣、氯-氨工藝和優(yōu)化臭氧化條件是控制溴酸鹽形成的方法，溴酸鹽生成后則可以利用物理、化學(xué)和生物方法去除。因此要實(shí)現(xiàn)臭氧、致病菌與溴酸鹽三者的平衡需進(jìn)一步探討臭氧滅菌機(jī)理及溴酸鹽控制方法。

4 臭氧技術(shù)在水處理中的應(yīng)用

臭氧作為強(qiáng)氧化劑用在凈水過(guò)程中的各階段，主要為預(yù)臭氧化、中間臭氧化和最終的消毒。預(yù)臭氧化可部分降解天然有機(jī)物和非活性微生物，以提高絮凝、沉淀等后續(xù)工藝去除濁度和除色、 去異味、去臭的效率；中間臭氧化主要為降解有機(jī)微污染物，去除三鹵甲烷前體物和提高可生物降解性能；而臭氧用于最終的消毒可去除凈水過(guò)程中的殘余微生物及減少消毒副產(chǎn)物的形成。

4.1 去除無(wú)機(jī)物

預(yù)臭氧化階段可去除原水中無(wú)機(jī)物質(zhì)， 如鋅、鎳、銅、鉻、鎘五類重金屬物質(zhì)和鐵、錳等，金屬離子可由于氧化作用形成難溶物而去除。同理，氨型氮可被臭氧緩慢氧化為硝酸根離子而通過(guò)后序的生物硝化去除。

4.2 氧化天然有機(jī)物

去除色度，臭氧對(duì)色基具有特別活性，能將其中的碳 -碳雙鍵破壞，產(chǎn)生相應(yīng)的含氧有機(jī)化合物達(dá)到脫色的目的；去除異味、 臭味； 提高有機(jī)物的生物可降解性能臭氧可以將一些大分子難降解有機(jī)物氧化成易被細(xì)菌降解利用的小分子有機(jī)物，提高有機(jī)物的生物可降解性；減少 T OC 和 DOC；控制氯化消毒副產(chǎn)物，預(yù)加臭氧不會(huì)產(chǎn)生三鹵甲烷，并能有效去除原水中大量的三鹵甲烷前體物，使濾后水再經(jīng)氯化（消毒）時(shí)生成三鹵甲烷的幾率大大減少。

4.3 消毒作用

臭氧具有很強(qiáng)的殺菌消毒能力，不易引起二次污染，作為飲用水的消毒殺菌劑在歐洲許多國(guó)家得到了廣泛的應(yīng)用。臭氧的殺菌機(jī)理是臭氧對(duì)細(xì)菌直接作用，氧化分解葡萄糖氧化所必需的酶。

5 結(jié)語(yǔ)

消毒劑的選擇一直是廣大水處理工作者討論的焦點(diǎn)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和環(huán)境污染的日趨加劇，尤其是氯化消毒副產(chǎn)物的發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的常規(guī)水處理工藝已經(jīng)不能滿足要求，許多新技術(shù)新工藝新藥劑在水處理中得以應(yīng)用。臭氧氧化技術(shù)因?yàn)榫哂醒趸芰?qiáng)、反應(yīng)速度快、不產(chǎn)生污泥、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)，它的高氧化還原電位決定它對(duì)氧化、脫色、除味方面的廣泛應(yīng)用，有人研究指出，臭氧溶解于水中，幾乎能夠殺水中一切對(duì)人體有害的物質(zhì)，比如鐵、錳、鉻、硫酸鹽、酚、苯、氧化物等，還可分解有機(jī)物及滅藻等。逐漸成為人們研究的熱點(diǎn)。而且，隨著近年來(lái)臭氧發(fā)生儀器設(shè)備性能的提高，在水處理中逐漸呈現(xiàn)出廣闊的前景。

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