關(guān)于提高臭氧在污水深度處理中利用率的探討研究

張仲春 玄明 郭德萍 張朝杰

1.青島國林環(huán)保科技股份有限公司，中國·山東 青島 266032

2.臨沂市生態(tài)環(huán)境局沂水縣分局，中國·山東 臨沂 276400

3.山東得天久環(huán)保科技有限公司，中國·山東 濟(jì)南 250200

1 引言

溯源臭氧技術(shù)凈水，早在20世紀(jì)就有學(xué)者進(jìn)行實(shí)踐研究，然而當(dāng)時(shí)生產(chǎn)臭氧的技術(shù)未得到充分發(fā)展，導(dǎo)致該項(xiàng)技術(shù)的成本過高而被擱置。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，現(xiàn)在的臭氧生產(chǎn)技術(shù)已使得臭氧的價(jià)格較低，制作簡易，因此這項(xiàng)技術(shù)又被重新提議用于污水處理當(dāng)中。

2 臭氧氧化法在水處理中的機(jī)制

臭氧氧化技術(shù)是一種能深度并且有效地處理化工廢水的方法。臭氧氧化技術(shù)主要的作用機(jī)制大致可概括為以下幾點(diǎn)：

第一，將空氣泵入變壓吸附空分制氧裝置，去除二氧化碳、氮?dú)獾入s質(zhì)生成純氧。

第二，利用高速帶電粒子轟擊純氧使其變?yōu)檠踉舆M(jìn)一步生成臭氧。

第三，將臭氧與污水接觸以去除與發(fā)生氧化反應(yīng)生成的小分子物質(zhì)，完成初步凈化處理。

第四，將經(jīng)過初步凈化處理后的污水再經(jīng)過過濾、微生物降解一系列操作后形成中水。

3 臭氧技術(shù)在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用

臭氧氧化技術(shù)在處理各類化工廢水方面有著很大作用，如醫(yī)藥廢水、印染廢水、含酚廢水、垃圾濾滲液等。

3.1 醫(yī)藥廢水的處理

醫(yī)藥廢水不僅有害物質(zhì)含量較高，同時(shí)還存在大量微生物、病原菌等，所以僅靠物理化學(xué)方法處理成本較高除污效果不理想。因此，可以先進(jìn)行預(yù)處理，然后臭氧氧化技術(shù)消毒，最后再進(jìn)行生物處理，這樣能提高醫(yī)藥廢水的處理效率。

3.2 對垃圾濾滲液的處理

垃圾濾滲液是一種污染性極強(qiáng)，污染物含量極高的有機(jī)廢水，其中污染物高達(dá)77 余種，包括促癌物、致癌物、重金屬等。垃圾濾滲液若不處理直接排放會(huì)對周圍生態(tài)環(huán)境、地下水以及生物都有極大的污染。目前，較受歡迎的一種處理方法就是氧化還原法，此法利用臭氧等強(qiáng)氧化劑在氧化還原反應(yīng)中將有毒有害物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o毒無害的物質(zhì)。

3.3 對含酚廢水的處理

含酚廢水含有酚基化合物，有很強(qiáng)毒性，對水環(huán)境的保護(hù)有著嚴(yán)重的阻礙作用。有研究表明，臭氧—活性炭法能比較有效地除酚。

3.4 印染廢水的處理

常見的印染廢水色度大體積大污染物復(fù)雜且量大，是國內(nèi)外仍待解決的難題之一。臭氧氧化技術(shù)借助臭氧分子的氧化還原作用，破壞染料共軛體系，從而提高廢水的可生化性[1]。此外，除了臭氧氧化法以外，其他國家還重點(diǎn)研究了光氧化方面。利用紫外線和臭氧氧化法結(jié)合，能夠更高效地除污除色。

4 臭氧技術(shù)在污水處理方面的優(yōu)勢和缺點(diǎn)

對比傳統(tǒng)的污水處理方法，臭氧氧化技術(shù)在處理污水方面的優(yōu)勢數(shù)不勝數(shù)。首先，臭氧不僅具有很強(qiáng)的殺菌、消毒性質(zhì)，而且具有極高的氧化有機(jī)物、無機(jī)物的能力，能夠去除其他污水處理工藝難以去除的物質(zhì)，如臭氧氧化法大大減少了污水處理后所產(chǎn)生的污泥。其次，臭氧的反應(yīng)完全、速度快，從而可以減小建筑物體積，有效解決傳統(tǒng)污水處理廠占地面積大的缺點(diǎn)減少成本。最后，臭氧氧化工藝設(shè)備自動(dòng)化程度高，且反應(yīng)中不產(chǎn)生二次危險(xiǎn)固廢，多余的臭氧還能迅速轉(zhuǎn)換成氧氣溶于水，增加水中含氧量，實(shí)現(xiàn)廢水向肥水的有效轉(zhuǎn)變。最后在提高凈化效果、殺菌、消毒的同時(shí)，可以除臭除味，并且制備臭氧用的電和空氣不必儲(chǔ)存和運(yùn)輸，適合有水廠的地區(qū)提高水質(zhì)和水量[2]。

然而，傳統(tǒng)污水處理廠存在的缺點(diǎn)臭氧氧化技術(shù)也同樣存在，對比傳統(tǒng)污水處理廠大面積鋪設(shè)管道，維護(hù)基礎(chǔ)設(shè)施成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于收益、污水處理效率不高來說，臭氧氧化技術(shù)也存在臭氧發(fā)生器的運(yùn)行維護(hù)成本較高，臭氧利用率低并且臭氧氧化的反應(yīng)具有一定的選擇性氧化反應(yīng)不徹底等一系列問題。因此，如何在臭氧技術(shù)處理污水中提高利用率和降低成本便成為了改進(jìn)臭氧氧化技術(shù)的核心問題。目前，在提高臭氧在污水深度處理中利用率方面一般將臭氧技術(shù)與其他技術(shù)相結(jié)合，如當(dāng)前應(yīng)用廣泛的臭氧超聲法、臭氧活性污泥法、臭氧活性炭吸附法、光催化臭氧法等。

5 臭氧結(jié)合其他技術(shù)在污水處理方面的應(yīng)用

5.1 臭氧超聲法

超聲法降解作為現(xiàn)代工業(yè)廢水降解處理的方法之一，已然成為一種新型降解手段，其空化降解環(huán)境條件相對溫和，降解反應(yīng)速率快，適用范圍廣，可有效地降解工業(yè)廢水過程中的難溶和難降解有機(jī)物和污染物，但是使用成本也同樣高昂。其與臭氧氧化法相互結(jié)合，借助臭氧超聲空化化學(xué)效應(yīng)以及其作用產(chǎn)生的有機(jī)物化作物可用來有效強(qiáng)化廢水的化學(xué)分解，能減少50%臭氧的投放增，節(jié)能高效，降低生產(chǎn)成本，運(yùn)行穩(wěn)定，操作方便。

5.2 臭氧活性污泥法

臭氧活性污泥方法一般來說是指首先用活性污泥法來去除大部分有機(jī)酚、氰等多種污染物，然后用一種臭氧活性氧化污泥法進(jìn)行分解去除污水土壤中的有機(jī)胺、木質(zhì)素、腐殖質(zhì)、烷基、蛋白質(zhì)、氨基酸、雜質(zhì)和環(huán)狀有機(jī)化合物以及其他不飽和有機(jī)化合物等多種污染物。此法也可降低臭氧用量降低耗能，比較經(jīng)濟(jì)（見圖1）。

圖1 三種深度處理方法成本比較

5.3 臭氧活性炭吸附法

臭氧活性炭吸附工藝是將臭氧氧化與顆?；钚蕴课锢砦郊吧镅趸到饧夹g(shù)三位一體結(jié)合的工藝。由于活性炭孔隙較多、表面積大、價(jià)格低廉，因此常常被用于污水凈化，由活性炭為主要成分發(fā)展而來的生物活性炭法雖然能比較有效地治理污水，但是某些小分子物質(zhì)不能有效深層凈化，因此將臭氧氧化法和活性炭相結(jié)合發(fā)展而來的臭氧活性炭吸附法是能夠結(jié)合兩種方法所長的。污水經(jīng)由臭氧預(yù)氧化，可以先將大分子有機(jī)物分解成分子量小極性強(qiáng)的小分子有機(jī)物，使其具備更好的可生化性，同時(shí)也利于活性炭生物的降解，增加活性炭使用壽命。這種方法能更好地有效吸收COD、酚、氰等有害物質(zhì)，達(dá)到性價(jià)比更高的污水處理效果（見圖2）。

圖2 不同反應(yīng)體系下廢水CODCr 去除效率

5.4 光催化臭氧法

光催化臭氧法，也稱臭氧紫外線法，是一種在臭氧氧化法中加以紫外線照射的方法。通過吸收紫外線將臭氧分解而成為活潑的次生有機(jī)氧化劑并用來迅速氧化其他有機(jī)物、無機(jī)物[3]。這種臭氧工藝工作機(jī)理目前主要有兩種說法解釋：一種說法是當(dāng)臭氧被較強(qiáng)紫外線照射時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生一個(gè)游離氧自由基然后與臭氧水合物發(fā)生氧化反應(yīng)；而另一種說法則是臭氧—紫外線過程中先產(chǎn)生過氧化氫，然后在紫外線的照射下進(jìn)一步生成羥基。這兩種理論的真實(shí)性仍有待確認(rèn)，但是毫無疑問的是臭氧紫外線法可以顯著加快有機(jī)物的降解。有研究表明，光催化臭氧技術(shù)反應(yīng)3h 后，廢水中COD 去除率達(dá)到95%，氨氮去除率70%；在停留2h 后，COD 值明顯低于30mg/L，此時(shí)一噸水處理成本為2.56 元。紫外線照射起著促進(jìn)污染物的臭氧分解，加快臭氧對過氧化反應(yīng)速度的控制作用，從而大大縮短臭氧反應(yīng)時(shí)間，臭氧的利用率大幅度提升，增加了經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié)語

總而言之，臭氧技術(shù)的研究也有百年之久，在污水治理方面也被廣泛研究。目前，在歐洲部分國家已經(jīng)在排水、治水中投入使用，而在中國并沒有大面積全面使用，歸根結(jié)底還是運(yùn)行費(fèi)用過高，臭氧利用率過低造成的。但是隨著中國經(jīng)濟(jì)科技的不斷發(fā)展，總有一天能夠廣泛使用臭氧氧化技術(shù)治理污水，為我們帶來更加健康清潔的環(huán)境?！熬G水青山就是金山銀山”，環(huán)境保護(hù)也不僅僅靠治理污水，同時(shí)也要我們從源頭上減少污染，發(fā)展新型清潔能源，提高生產(chǎn)效率和環(huán)保意識，這樣才能為我們自己提供更好的生存環(huán)境和為我們的子孫后代留下一個(gè)健康美麗的家園。