臭氧技术在废水处理中的应用

Posted 2023-01-12 臭氧

篇首语：不要什么话都跟别人讲，你说的是心里话，他们听的是笑话。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了臭氧技术在废水处理中的应用相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

臭氧作为一种强氧化剂，其已广泛应用于废水处理行业中；由于臭氧具有极强的氧化性能，因而被广泛用于消毒灭菌、脱色、除臭味等，尤其是其作用后不留下任何残留物的性质，使得臭氧比其它氧化剂有着更广泛的用途、优点。
1.臭氧的特性
1.1强氧化性
臭氧是一种仅次于氟的理想强氧化剂；而且其在水中形成OH.自由基的氧化能力基本上与氟一样，可有效的氧化废水中的污染物质，并将其分解为无害物质，而且臭氧在水中的分解速度很快；由于其强氧化性的性质，臭氧能与除了金、铂外的所有金属发生反应，也能氧化分解多种难降解有机物，如C=C、芳香化合物、杂环化合物、N-N、C-N、C-Si、-OH、-SH、-NH2、-CHO等。
臭氧反应的基本过程为：

其中：其反应形成的HO2.及OH.自由基具有很强的氧化能力。
1.2易分解性
臭氧的化学性质非常活跃，在常温下就可以分解为氧气，可用化学式表示为：2O3=3O2，而且其在水中的分解速度比在空气中要快得多，如当水中臭氧浓度为3mg/L时，其半衰期为5～30min；研究表明，臭氧在水中的分解速度与温度、pH有关，随着温度的升高，其分解速度加快，当温度超过100℃时，分解非常剧烈，同时pH越高，分解也越快[2，3]。
1.3强腐蚀性
由于臭氧的强氧化性，因此除了铂、金以外，其几乎可以氧化在空气中的所有金属，这也体现了臭氧的强腐蚀性；另外，臭氧对非金属材料也有很强的腐蚀作用，因此，在实际中常用25%的铬铁合金来制造臭氧发生设备等，而且在发生设备中，不能用普遍的橡胶作密封材料，必须采用耐腐蚀的硅胶或者耐酸橡胶。
2.臭氧在废水处理中的应用
2.1消毒
通常臭氧在水中消毒灭菌有两种方式：一种是臭氧直接作用于细菌的细胞壁，将其破坏并导致细胞的死亡；另一种是臭氧在水中分解时释放出自由基态氧；自由基态氧具有强氧化能力，可以穿透细胞壁，氧化分解细菌内部氧化葡萄糖所必须的葡萄糖氧化酶，也可以直接与细菌、病毒发生作用，破坏其细胞器和核糖核酸，分解DNA、RNA、蛋白质、脂质类和多糖等大分子聚合物，使细菌的物质代谢和繁殖过程遭到破坏死亡；研究表明臭氧杀菌速度比氯快600～3000倍，几秒钟内就可杀死细菌，能有效的破坏或分解细菌的细胞壁。
2.2脱色
废水中的有色物主要是一些含有双键和单键交替排列的有色基团化合物，一般由含有C=C或苯环的物质及金属离子等引起的；臭氧可使其双建断裂，形成酮、醛、酸等，从而去除水中颜色，使水变清；同时也可以氧化铁、锰等无机成色离子；有研究表明，臭氧投加量为1mg/L时，可以将水中色度由20～50℃降到10℃左右。目前，臭氧脱色常用于印染废水处理；其以脱色应用最为重要，而且微量的臭氧就能起到良好的脱色效果；如潘寻等用臭氧对柠檬酸废水进行试验研究，结果表明，臭氧量为30mg/L，反应时间为5min下，废水的脱色率为73.3%。
2.3除臭
恶臭的分子结构中常有-SH、=S、-NH2、=NH、-OH、-CHO等官能团，而臭氧极易切断其化学键而去除恶臭味；如废水中的有机物含有硫、氮是引起臭味的主要原因，当投入1mg/L左右的臭氧于废水中时，就可有效的氧化这些物质，起到除臭效果。
2.4降解有机物
臭氧反应产生的OH.自由基具有强氧化性，能有效、快速的分解废水中的污染物，包括一些难生物降解的有机物，如腐殖酸、农药、氯代有机物等，而且臭氧氧化较为彻底，产生副产物较少；吴玲等研究发现，对于COD<1000mg/L、酚含量<500mg/L的焦化废水，臭氧对COD和酚的降解率均可达80%，而对硫氰化物、氰化物的去除率接近100%，且氨氮可降低35%左右。
3.臭氧的制取
利用高压电离、化学或光化学反应，使空气中的部分氧气分解聚合为臭氧，即氧的同素异形转变过程，也可利用电解水法获得；而臭氧的不稳定性使其很难实现瓶装贮存，通常只能利用臭氧发生器现场制取，根据臭氧制取的方式，目前，臭氧发生器主要有三种：一是高压放电式，二是紫外线照射式，三是电解式。
3.1紫外照射法
主要采用紫外线照射干燥的氧气，由于一部分氧分子被激活离解成氧原子，进而形成臭氧；其反应式为：
O2+hr→O+O
O2+O+M→O3+M
hr——紫外光量子
M——存在的任何惰性气体
在紫外线照射氧气的过程中，既有使氧变成臭氧的波长，也有使臭氧分解的波长，因此臭氧的产量将取决于产生臭氧的波长与分解氧波长量的比值。
3.2电解法
很早以前人们就发现电解硫酸时可生成臭氧，其反应式为：

80年代以前，电解液多为水内填加酸、盐类电解质，但电解面积较小，臭氧产量低，运转费用高；而近年发展的SPE电极与金属催化技术，使用纯净水电极得到14%以上的高浓度臭氧，使电解法臭氧技术有了一定的进展。
3.3放电法
在一对电极间隔以介电体通电后伴随着放电现象而发生的化学反应，可按三个过程进行：
(1)借放电场被加速的荷电粒子与分子的非弹性碰撞而生成活性粒子；
(2)以活性粒子为基体发生化学反应；
(3)反应产物因加速粒子分解产生二次反应，这就是臭氧生成的反应物。
4.现代臭氧的研究方向
(1)强电离放电产生高浓度臭氧法；臭氧浓度是臭氧产生技术中最重要的技术指标；
(2)臭氧产生装置小型化；只有强电离放电才能使臭氧产生装置小型化；
(3)高效率产生臭氧方法。
5.结语
臭氧作为一种杀菌、脱色、除味及无二次污染的理想绿色强氧化剂，已在废水处理中发挥了巨大的不可替代的作用；而科学技术的迅速发展，为臭氧技术提供了一些新工艺，使臭氧的制取有了新的突破性进展；而高效率、高浓度、高产量的臭氧制取设备的出现，必将推动臭氧应用领域的研究和开发，为经济发展做出更大的贡献。