臭氧在水处理中的应用ok

　　　　　　　　　　　IndustrialAugust2005SafetyandEnvironmentalProtection

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臭氧在水处理中的应用

张水平　董呈杰　袁非亮

(江西理工大学环境与建筑工程学院　江西赣州341000)

　　摘　要　介绍了臭氧的性质,在水处理中的机理,在水处理中的应用现状及臭氧氧化和其他联用技术,国内外臭氧技术开发应用和发展趋势。

　　关键词　臭氧　水处理　臭氧联用技术

TheApplicationofOzoneinWaterTreatment

ZhangShuiping　DongChengjie　YuanFeiliang

(SchoolofEnvironmentalandArchitecturalEngineering,JiangxiUniversityofScienceandTechnology　Ganzhou,Jiangxi341000)

Abstract　Inthispaper,theapplicationofozoneisintroduced,includingcharacteristicsofozone,applicationmechanism,currentapplicationsituation,ozoneoxidationanddevelopmenttendencyathomeandabroad,andsoon.Keywords　ozone　watertreatment　combinedtechnologywithozone

1　臭氧(O3)的性质

有微生物的程度,原理是臭氧能破坏或者溶解微生物的细胞壁,迅速扩散到细胞内部,氧化破坏细胞内酶导致其死亡。与传统的氯气相比,臭氧的杀菌能力是氯气的600～3000倍,在臭氧水中的臭氧一旦达到灭菌的阈值后,消毒、灭菌可以瞬时发生,而pH的变化范围大。臭氧的半衰期短(pH=

7.6时为41min,pH=10时为0.5min),容易分解,不会对被

臭氧是氧气的同素异形体,常温下是一种不稳定的淡紫色气体,有刺激性气味。臭氧在水中的氧化还原电位是2.07

V,仅次于氟(F2,电位是2.87V),臭氧在水中的溶解度受温度、臭氧浓度影响很大。表1是臭氧在水中的溶解度。

表1

臭氧气体质量浓度

mg・L

-1

臭氧在水中的溶解度　

溶解度/(mg・L-1)

处理水体造成污染。

臭氧能将产生颜色的大分子降解成小分子,最后有效除去(造纸废水的特点是高BOD、COD、高色度和臭味),其原理是臭氧及其产生的活泼氢氧自由基(氧化还原电位为

2.80,比臭氧还要高)将产生颜色的大分子降解成小分子的

3.532.705.094.047.055.39

×10

-6

　0℃　8℃10℃15℃20℃25℃30℃

8.31

7.39

6.509.75

5.608.40

4.296.438.57

12.0718.1124.1436.21

604490691208818132

12.4711.09

16.14.7913.0011.19

酸和醛,从而达到脱色、除臭的目的。

臭氧在低质量浓度时(0.5～15mg/L)可以加强铝与臭氧氧化的有机物(所有这些产物比未经臭氧处理的化合物具有更高的极性)的亲合力,对有机物起聚合作用,有效地提高它们的分子量,如果接触到铁、铝这类多价阳离子就使氧化后的产物出现絮凝现象。臭氧将Fe2+氧化为Fe3+,生成Fe

(OH)3,Fe(OH)3起到絮凝剂的作用。通常锰离子可以氧化

24.9222.1819.5016.7912.8610.588.09

注:20℃时,101kPa条件下测定[1]。

2　臭氧杀菌、消毒、脱色、除臭、氧化难降解有机物与改善

絮凝效果的原理

由于臭氧水处理速度快,不产生二次污染,操作方便,可以利用空气就地制备,因此,臭氧氧化法应用十分广泛,它在杀菌、消毒、脱色、除臭、氧化难降解有机物与改善絮凝效果方面有明显的优势。

臭氧用于杀菌消毒可以达到彻底、永久地消灭其内部所能耗为0.05～1kW・h/m3,噪声小于60dB(A)。通过工程试验证明,该技术应用于低浓度、高流速、大风量恶臭气体的处理,可以得到较高的去除效率,如果在保证处理量的前提下,增加气体停留时间,去除率还可以进一步提高。

参考文献

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2　郭静,梁娟,等.污水处理厂恶臭污染物状况分析与评价.中国给

成二氧化锰,但是,臭氧量大时生成高锰酸盐离子,使水呈淡红色,同时还有毒性,一般铁和锰可在混凝、沉淀时氧化,生成氢氧化铁和二氧化锰,在滤池中去除。

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hydroxylradicalwithorganiccompoundsunderatmosphericconditions.ChemRe.1985,69201

5　白希尧,等.脉冲活化一次全部治理CO,SO2,NOX和烟尘研究

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作者简介　许晓俊,男,1972年生,助理工程师,江苏丹阳人,从事环境保护工程设计和环境影响评价项目的咨询服务工作。

(收稿日期:20050117)

水排水,2002,18(2):41～42

3　VaithK,CannonM,MilliganD,etal.Comparingscrubbingtechnolodies.

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　臭氧的应用现状

国外将臭氧应用于水处理要比国内早,法国第一个用臭

臭氧超声波联用技术中,臭氧作为一种强氧化剂的关键是能够很好地溶解与分散在水中,引入超声波(在超声波作用下,溶液产生空化泡,并且迅速崩溃,整个过程发生在nsμs时间内),可以使臭氧充分分散与溶解,提高臭氧氧化能力,节约电能,减少臭氧的投入量。

臭氧双氧水法属于碱催化臭氧氧化,臭氧在水中的分解速度随pH值的提高而加快(如果pH值提高1个单位,氧化分解快3倍,即释放氢氧基快3倍),能产生氧化性更强的氢氧自由基来降解有机物。其反应方程式为H2O2+H2O

H3O-+HO2-,O3+HO2-

氧作为消毒剂来处理饮用水,20世纪70年代美国将臭氧用于污水处理,同时日本也利用臭氧氧化工艺处理城市污水及工业废水,20世纪80年代初,美国又把臭氧氧化工艺应用于循环冷却水处理。从20世纪70年代中期开始,国内有不少单位应用臭氧氧化工艺在处理受污染的饮用水、城市污水及工业废水方面进行研究工作,目前国内也有利用臭氧氧化工艺深度处理含酚、含氰、炼油、化工、石油化工等工业废水方面的研究,图1是一般的臭氧氧化工艺框架图。

・OH+・O2-+O2+O3+・O2・OH+OH-+O2,美国和日本用

・O3+O2,・O3-+H2O

该方法来处理高浓度有机废水及城市污水。

臭氧紫外线联用法:臭氧光解产生H2O2,H2O2在紫外线照射下产生氢氧基,用来处理工业废水中的铁氰络盐、有机酸、醇类、农药、含氮、硫、磷的有机化合物的污染物,如臭氧首先将剧毒的CN-氧化为低毒的CNO-,然后进一步氧化为

图1

臭氧氧化工艺处理工业废水流程　

CO2和N2。5臭氧在水处理的典型应用是循环冷却水防腐、阻垢。腐蚀是由于水中存在的溶解氧与金属反应形成的化学和电化学腐蚀,在冷却水中活泼的氧原子与亚铁离子反应后,在阳极表面形成氧化物钝化膜(这种膜薄密实且与金属结合牢固),能阻碍水中的溶解物扩散到金属表面,从而起到防腐蚀的作用。阻垢是由于臭氧的强氧化性有效地控制了水中微生物的生长,减轻了生物污垢,臭氧不能直接氧化钙、镁盐类的水垢成分,只能氧化垢层基质中有机物成分,使得垢层变松脱落,从而起到阻垢的作用。

臭氧用于消除剩余污泥。生化法处理废水会产生大量活性污泥,剩余污泥需要进行必要的处理,该处理费用占污水处理厂投资和运行费用的20%～40%,所以寻找有效的方法减少污泥的产生是很迫切的。用臭氧消除剩余污泥是污泥处理的新技术,通过污泥与臭氧接触来促使污泥中的细胞溶解,再经过曝气处理,最终分解生成水和二氧化碳,解决生物处理废水时产生大量剩余污泥的问题。该技术几乎能够完全去除剩余污泥,非连续地加入比连续加入的效果更好,并且可以节省运行费用,该项技术有着广阔的前景。

臭氧同样可以用于养殖水处理,消除对鱼类危害的亚盐、硫化氢、氨态氮等,同时增加水中的含氧量,起到一举两得的效果。

4

　臭氧氧化水处理的发展趋势由于臭氧和其他技术联用的效果,往往比单独使用更

好,所以国内外臭氧氧化处理水都向着联用技术的方向发展,来提高臭氧的利用率。尤其对难处理的有机化合物,单一的方法很难对付。另外控制臭氧的投入方式来控制臭氧的浓度和反应时间,也一直是研究的焦点。

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　结语

臭氧技术的发展已经有100多年的历史,欧洲的许多国

家(尤其是在法国)将臭氧应用于水处理中,我国还是刚刚开始,应用不够广泛,原因是投资高,运行费用高。随着科学技术的发展,与臭氧发生器相关的学科在技术上的发展将会提高臭氧的产生效率,降低能耗,相信臭氧在我国水处理行业中会很快发展起来,给社会带来健康和清洁。

参考文献

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臭氧与其他技术联用　

国内外研究者开发了很多与其他方法联用的技术,有臭

～25

6　赵兴忠.浅谈臭氧在水处理系统中的应用.山东水利专科学校学

氧生物活性炭法、臭氧超声波联用法、臭氧双氧紫外线联用法法、臭氧絮凝膜处理法等。

臭氧生物活性炭法是臭氧与颗粒活性炭吸附法结合的方法,通过臭氧预处理提高废水的可生化性和生化反应速度,臭氧降解活性炭上的有机物,降低活性炭所承担的吸附负荷,增加活性炭的使用时间,降低费用。该方法首先在德国开发,用来处理饮用水中难降解的有机物。我国上海的周家渡水厂也采用了该法进行深度处理,欧美水厂的深度处理都是利用臭氧与活性炭的联合作用。

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(收稿日期:20041011)