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【摘要】 臭氧是一种强氧化剂。在用于污水处理中可提高废水的可生化性, 并且对环境污染很小。文章就采用臭氧以及臭氧联合氧化技术处理污水进行了研究，对其在今后更好的应用做了借鉴。
【关键词】 臭氧联合氧化技术 污水处理
中图分类号：U664.9+2文献标识码： A 文章编号：
随着社会生产力的发展和人民生活水平的提高, 城市化规模的不断扩大, 使水污染问题日益加剧, 导致水质问题日益突出, 已成为甚于洪涝灾害的水质灾害。面临全球性水资源短缺、水环境污染严重、城市和工业发展对水质水量要求不断提高的挑战,我们已进入一个极其紧迫、相当复杂、全球性的生态与经济相互依赖的时期。这就要求水处理技术要不断提高与完善, 推陈出新, 以满足快速发展的环境变化需要。随着水质分析技术逐渐改进, 水源和饮用水中能够测得的微量污染物质的种类也在不断增加, 针对源水中出现的新污染问题, 人们已着手对水质净化的新技术进行了研究, 并取得了较好的效果。臭氧联合氧化技术是在水处理中受到普遍关注的氯消毒副产品对人体具有致命危害之后开始重视并广泛采用的方法。臭氧可以处理饮用水、污水、游泳池水、污染的空气等, 同防止人们被紫外线辐射一样, 臭氧对净化污染的水和空气也是必不可少的。
1 臭氧氧化技术特点
臭氧具有很强的氧化性, 可以氧化多种化合物, 因此, 臭氧氧化技术在水处理中被广泛应用。臭氧氧化技术具有如下特点:
( 1) 臭氧不仅有很好的快速杀菌、消毒性质,而且具有极高的氧化有机和无机化合物的氧化力,可去除其它水处理工艺难以去除的物质。
( 2) 臭氧的反应完全、速度快, 从而可以减小构筑物体积。
( 3) 剩余臭氧会迅速转化为氧气, 能增加水中溶解氧, 效率高, 不产生污泥, 不造成二次污染。
( 4) 在提高净化效果、杀菌、消毒的同时, 可除嗅、除味。
2臭氧氧化技术的作用机理
臭氧的物理性质。臭氧是一种不稳定的物质,在空气中会慢慢地连续自行分解成氧, 同时放出大量热, 其浓度为25% 以上时很容易爆炸。但一般臭氧化空气中臭氧浓度不超过l0% , 故不会发生爆炸。浓度为l%以下的臭氧, 在常温常压下的空气中分解, 半衰期为16h 左右。而在水中, 其分解速度比在空气中快得多, 水中臭氧浓度为3mg / l, 其半衰期仅l5~ 30min。臭氧在水中分解速度随水温、pH 值提高而加快。故臭氧一般都就地制造、就地利用。臭氧的化学性质。臭氧是氧气的同素异构体,呈无色或淡蓝色气体, 氧化、杀菌能力极强且非常不稳定, 无法贮存。臭氧可以进攻有机物负电原子, 进行亲电反应; 臭氧还可以进攻有机物分子中带正电原子核, 进行亲核反应。工业上常使用电晕放电法。在放电间隙, 氧被电离成离子, 高活性的氧离子同氧分子反应生成臭氧。臭氧在水溶液中的氧化反应。由于臭氧是一种不稳定的强氧化剂, O3 及其在水中分解的中间产物游离基具有很强氧化性。因此, 它能迅速而广泛地氧化水溶液中某些元素和有机化合物, 即使在低濃度下, 也能瞬间完成。臭氧在水溶液中的氧化作用取决于其分解条件和机理。臭氧在水中能形成具有强氧化作用的羟基自由基HO- , 不仅可以消毒杀菌, 还可以氧化分解水中污染物。臭氧化处理中由于小分子酸的生成使水溶液酸度不断升高, 因此被处理液经常加入碱以保持适当的pH 值, 同时也使HCN、H2 S 等有害物形成不易挥发的离子, 并反应降解。
3 臭氧联合氧化法
由于臭氧的强选择性及分解有机物的不彻底性,以及自身易与其它技术相联合的特点, 使其逐渐由单独使用发展到与其它处理技术联合使用并应用在废水处理中。臭氧联合技术比较多,这些方法对不同的废水各有优缺点, 因此根据废水中难降解物质和有毒物质的不同而选用不同的工艺才能达到较好的效果。
3. 1臭氧 - 超声波技术
超声波能有效地降解废水中的难降解有机污染物, 将超声波与臭氧进行联合使用, 可以提高降解有机物的效率, 降低运行成本。早在1976年, Dahi 就已经发现超声波能够强化O3 处理废水过程, 他利用20kH z超声波强化O3 氧化处理生物污水处理厂的出水时发现, 这种技术可减少50%的O3 投加量。国内学者赵朝成等使用O3 - 超声波联合处理含酚废水, 研究表明, 超声辐射在臭氧氧化过程中起加速反应作用, 效果明显好于超声或臭氧单独使用时的效果, 而且随着超声功率的增大, 加速反应的能力增强; 随着臭氧通入量的增大, 酚去除率不断增大。近年来, 大量研究表明, 超声能极大提高臭氧利用率。超声辐照与臭氧氧化相结合产生的超声强化臭氧氧化技术与单纯臭氧氧化相比, 在处理染料废水时表现出明显的优势。超声强化臭氧氧化偶氮染料的速度更快, 染料分解得更彻底。在降解过程中, O3 与超声之间有协同效应,由此产生大量强氧化性自由基, 使染料废水颜色迅速消失。
3. 2臭氧 -电解处理联合技术
微电解技术又称为内电解, 以其理论成熟、处理效果显著、投资少、运行费用低、实用性强而被广泛地应用于生物难降解废水的处理; 而臭氧氧化技术又以其强氧化性和反应后无二次污染等显著优点在现代工业中得到广泛的应用。在实际实验过程中由于内电解过程产生了大量的F e2+ 、Fe3+ 与臭氧氧化过程中产生的羟基自由基和[ O]组成了另外一种优良的废水处理试剂。该技术集电化学腐蚀、化学氧化、催化氧化、絮凝吸附、络合等联合协同作用于一体, 实验表明以其作为黄姜皂素废水的预处理方法, 可降低后续生化法的处理负荷, 使�. 厌氧+ 好氧�.处理工艺能顺利进行。颜海波等 采用电解和臭氧联合氧化技术处理染料废水取得较好的处理效果。CODCr、SS和色度的平均去除率分别为91. 7%、89. 8%、99. 9%, 出水水质符合GB8978- 1996.污水综合排放标准.中的一级标准。
3. 3 催化臭氧化技术
催化氧化技术是近年来发展起来的一种在常温常压下将那些难于用臭氧单独氧化或降解有机物氧化的方法。在以提高OH 生成量和生成速度为主要研究内容的基础上, 催化臭氧技术得到了长足的发展, 如光催化臭氧化、碱催化臭氧化和多相催化臭氧化等。光催化臭氧化是以紫外线UV为能源、O3 为氧化剂, 利用臭氧在紫外线照射下分解产生活泼的次生氧化剂氧化有机物。利用光催化氧化法处理难降解有机废水时,部分难降解有机物在紫外线的照射下, 提高了能级, 处于激发状态, 与 OH 自由基发生羟基化或羧基化反应, 从而改变这些物质的分子结构, 生成易于生物降解的新物质 。碱催化臭氧化是通过OH - 催化, 生成OH 自由基, 然后氧化分解有机物。多相催化臭氧化是近年来发展起来的新技术, 其金属催化的目的是促进O3 分解, 以产生活泼自由基, 强化其氧化作用。多相催化臭氧化技术主要分为金属氧化物(如M nO2、A l2O3等)、金属或金属氧化物负载在金属氧化物(如Cu-A I2O3、Cu- T iO2、Ru- CeO2、T iO2 - A I2O3 等)以及金属或金属氧化物负载在其他物质上(如活性炭、硅胶、黏土等)。2005年Huang等人研究了ZnO催化臭氧化降解2, 4, 6- 三氯苯酚, 在30 m in的反应时间内, 单独臭氧化对2, 4, 6- 三氯苯酚的降解很难达到75%, 而催化臭氧化的降解却能达到99. 8% 。
4 结论
臭氧由于其特殊的化学性质, 不仅在废水处理过程中能够有效去除COD、UV254, 降低色度, 而且可以改善和提高废水的可生化性, 同时在使用和处理过程中生成的产物对环境影响很小。所以, 作为生化处理的预处理特别是将臭氧预处理与曝气生物滤池、生物活性炭滤池等工艺结合起来, 臭氧氧化是一种极具前景的预处理技术。
参考文献:
[ 1 ] 宋爽, 顾朝光, 何志桥, 等.城市住宅小区生活污水回用技术[ J] .水处理技术, 2005, 31( 6) : 64- 67
[ 2 ]傅金祥, 梁建浩, 杨涛. 臭氧氧化工艺处理微污染水源水的中试研究[ J]. 沈阳建筑大学学报: 自然科学版, 2006, 22( 2): 285- 288
【关键词】 臭氧联合氧化技术 污水处理
中图分类号：U664.9+2文献标识码： A 文章编号：
随着社会生产力的发展和人民生活水平的提高, 城市化规模的不断扩大, 使水污染问题日益加剧, 导致水质问题日益突出, 已成为甚于洪涝灾害的水质灾害。面临全球性水资源短缺、水环境污染严重、城市和工业发展对水质水量要求不断提高的挑战,我们已进入一个极其紧迫、相当复杂、全球性的生态与经济相互依赖的时期。这就要求水处理技术要不断提高与完善, 推陈出新, 以满足快速发展的环境变化需要。随着水质分析技术逐渐改进, 水源和饮用水中能够测得的微量污染物质的种类也在不断增加, 针对源水中出现的新污染问题, 人们已着手对水质净化的新技术进行了研究, 并取得了较好的效果。臭氧联合氧化技术是在水处理中受到普遍关注的氯消毒副产品对人体具有致命危害之后开始重视并广泛采用的方法。臭氧可以处理饮用水、污水、游泳池水、污染的空气等, 同防止人们被紫外线辐射一样, 臭氧对净化污染的水和空气也是必不可少的。
1 臭氧氧化技术特点
臭氧具有很强的氧化性, 可以氧化多种化合物, 因此, 臭氧氧化技术在水处理中被广泛应用。臭氧氧化技术具有如下特点:
( 1) 臭氧不仅有很好的快速杀菌、消毒性质,而且具有极高的氧化有机和无机化合物的氧化力,可去除其它水处理工艺难以去除的物质。
( 2) 臭氧的反应完全、速度快, 从而可以减小构筑物体积。
( 3) 剩余臭氧会迅速转化为氧气, 能增加水中溶解氧, 效率高, 不产生污泥, 不造成二次污染。
( 4) 在提高净化效果、杀菌、消毒的同时, 可除嗅、除味。
2臭氧氧化技术的作用机理
臭氧的物理性质。臭氧是一种不稳定的物质,在空气中会慢慢地连续自行分解成氧, 同时放出大量热, 其浓度为25% 以上时很容易爆炸。但一般臭氧化空气中臭氧浓度不超过l0% , 故不会发生爆炸。浓度为l%以下的臭氧, 在常温常压下的空气中分解, 半衰期为16h 左右。而在水中, 其分解速度比在空气中快得多, 水中臭氧浓度为3mg / l, 其半衰期仅l5~ 30min。臭氧在水中分解速度随水温、pH 值提高而加快。故臭氧一般都就地制造、就地利用。臭氧的化学性质。臭氧是氧气的同素异构体,呈无色或淡蓝色气体, 氧化、杀菌能力极强且非常不稳定, 无法贮存。臭氧可以进攻有机物负电原子, 进行亲电反应; 臭氧还可以进攻有机物分子中带正电原子核, 进行亲核反应。工业上常使用电晕放电法。在放电间隙, 氧被电离成离子, 高活性的氧离子同氧分子反应生成臭氧。臭氧在水溶液中的氧化反应。由于臭氧是一种不稳定的强氧化剂, O3 及其在水中分解的中间产物游离基具有很强氧化性。因此, 它能迅速而广泛地氧化水溶液中某些元素和有机化合物, 即使在低濃度下, 也能瞬间完成。臭氧在水溶液中的氧化作用取决于其分解条件和机理。臭氧在水中能形成具有强氧化作用的羟基自由基HO- , 不仅可以消毒杀菌, 还可以氧化分解水中污染物。臭氧化处理中由于小分子酸的生成使水溶液酸度不断升高, 因此被处理液经常加入碱以保持适当的pH 值, 同时也使HCN、H2 S 等有害物形成不易挥发的离子, 并反应降解。
3 臭氧联合氧化法
由于臭氧的强选择性及分解有机物的不彻底性,以及自身易与其它技术相联合的特点, 使其逐渐由单独使用发展到与其它处理技术联合使用并应用在废水处理中。臭氧联合技术比较多,这些方法对不同的废水各有优缺点, 因此根据废水中难降解物质和有毒物质的不同而选用不同的工艺才能达到较好的效果。
3. 1臭氧 - 超声波技术
超声波能有效地降解废水中的难降解有机污染物, 将超声波与臭氧进行联合使用, 可以提高降解有机物的效率, 降低运行成本。早在1976年, Dahi 就已经发现超声波能够强化O3 处理废水过程, 他利用20kH z超声波强化O3 氧化处理生物污水处理厂的出水时发现, 这种技术可减少50%的O3 投加量。国内学者赵朝成等使用O3 - 超声波联合处理含酚废水, 研究表明, 超声辐射在臭氧氧化过程中起加速反应作用, 效果明显好于超声或臭氧单独使用时的效果, 而且随着超声功率的增大, 加速反应的能力增强; 随着臭氧通入量的增大, 酚去除率不断增大。近年来, 大量研究表明, 超声能极大提高臭氧利用率。超声辐照与臭氧氧化相结合产生的超声强化臭氧氧化技术与单纯臭氧氧化相比, 在处理染料废水时表现出明显的优势。超声强化臭氧氧化偶氮染料的速度更快, 染料分解得更彻底。在降解过程中, O3 与超声之间有协同效应,由此产生大量强氧化性自由基, 使染料废水颜色迅速消失。
3. 2臭氧 -电解处理联合技术
微电解技术又称为内电解, 以其理论成熟、处理效果显著、投资少、运行费用低、实用性强而被广泛地应用于生物难降解废水的处理; 而臭氧氧化技术又以其强氧化性和反应后无二次污染等显著优点在现代工业中得到广泛的应用。在实际实验过程中由于内电解过程产生了大量的F e2+ 、Fe3+ 与臭氧氧化过程中产生的羟基自由基和[ O]组成了另外一种优良的废水处理试剂。该技术集电化学腐蚀、化学氧化、催化氧化、絮凝吸附、络合等联合协同作用于一体, 实验表明以其作为黄姜皂素废水的预处理方法, 可降低后续生化法的处理负荷, 使�. 厌氧+ 好氧�.处理工艺能顺利进行。颜海波等 采用电解和臭氧联合氧化技术处理染料废水取得较好的处理效果。CODCr、SS和色度的平均去除率分别为91. 7%、89. 8%、99. 9%, 出水水质符合GB8978- 1996.污水综合排放标准.中的一级标准。
3. 3 催化臭氧化技术
催化氧化技术是近年来发展起来的一种在常温常压下将那些难于用臭氧单独氧化或降解有机物氧化的方法。在以提高OH 生成量和生成速度为主要研究内容的基础上, 催化臭氧技术得到了长足的发展, 如光催化臭氧化、碱催化臭氧化和多相催化臭氧化等。光催化臭氧化是以紫外线UV为能源、O3 为氧化剂, 利用臭氧在紫外线照射下分解产生活泼的次生氧化剂氧化有机物。利用光催化氧化法处理难降解有机废水时,部分难降解有机物在紫外线的照射下, 提高了能级, 处于激发状态, 与 OH 自由基发生羟基化或羧基化反应, 从而改变这些物质的分子结构, 生成易于生物降解的新物质 。碱催化臭氧化是通过OH - 催化, 生成OH 自由基, 然后氧化分解有机物。多相催化臭氧化是近年来发展起来的新技术, 其金属催化的目的是促进O3 分解, 以产生活泼自由基, 强化其氧化作用。多相催化臭氧化技术主要分为金属氧化物(如M nO2、A l2O3等)、金属或金属氧化物负载在金属氧化物(如Cu-A I2O3、Cu- T iO2、Ru- CeO2、T iO2 - A I2O3 等)以及金属或金属氧化物负载在其他物质上(如活性炭、硅胶、黏土等)。2005年Huang等人研究了ZnO催化臭氧化降解2, 4, 6- 三氯苯酚, 在30 m in的反应时间内, 单独臭氧化对2, 4, 6- 三氯苯酚的降解很难达到75%, 而催化臭氧化的降解却能达到99. 8% 。
4 结论
臭氧由于其特殊的化学性质, 不仅在废水处理过程中能够有效去除COD、UV254, 降低色度, 而且可以改善和提高废水的可生化性, 同时在使用和处理过程中生成的产物对环境影响很小。所以, 作为生化处理的预处理特别是将臭氧预处理与曝气生物滤池、生物活性炭滤池等工艺结合起来, 臭氧氧化是一种极具前景的预处理技术。
参考文献:
[ 1 ] 宋爽, 顾朝光, 何志桥, 等.城市住宅小区生活污水回用技术[ J] .水处理技术, 2005, 31( 6) : 64- 67
[ 2 ]傅金祥, 梁建浩, 杨涛. 臭氧氧化工艺处理微污染水源水的中试研究[ J]. 沈阳建筑大学学报: 自然科学版, 2006, 22( 2): 285- 288