臭氧氧化技術(shù)在污水處理中的應用

一、前言

水資源匱乏、水體污染嚴重是目前世界普遍面臨的倆大難題。如何節省水資源的消耗、如何減少污染物的排放、如何更大限度的污水再生是很多人正在思考和解決的問(wèn)題。

二、臭氧的特性

1、強氧化性

臭氧的氧化能力幾乎是目前所知氧化劑中Z強的。同時(shí)臭氧在水中的分解速度很快，在含有雜質(zhì)的水溶液中能迅速回復到氧氣的狀態(tài)，其衰期為5-30min，若水溫接近0℃時(shí)能更穩定些。另外還有研究表明，臭氧在水中的分解速度隨水溫和pH值的提高而加快，由于臭氧具有強氧化性，因此能與除了金、鉑外的所有金屬發(fā)生反應，能氧化許多有機物。

2、易分解性

臭氧的化學(xué)性質(zhì)比較活躍，在常溫下就可以分解為氧氣，并在分解的過(guò)程中釋放出284Kj/mol的熱量，具體用化學(xué)式來(lái)表示就是：2O3=3O2

臭氧在空氣中的分解速度跟溫度和臭氧自身的濃度有關(guān)，研究證明：當外在空間的溫度越高、臭氧的濃度越大，其分解的速度也就越快，而臭氧在水中分解的速度是跟水溫與酸堿度(pH)有關(guān)，水溫越高時(shí)臭氧的分解速度越高，而pH值越高，也就是水的堿性越強使，臭氧的分解也就越快。

3、強腐蝕性

由于臭氧具有很高的氧化性，所以除了鉑和金以外，臭氧幾乎可以氧化在空氣中的所有金屬，所以這也體現了臭氧的腐蝕性。而且臭氧對非金屬材料也有強烈的腐蝕作用?；谶@種原因，在實(shí)際的生產(chǎn)中常使用25%的鉻鐵合金來(lái)制造臭氧發(fā)生設備，而且在發(fā)生設備和計量設備中，不能用普遍的橡膠作密封材料，必須采用耐腐蝕的硅膠或者耐酸橡膠。

三、臭氧的作用

基于以上臭氧的特性——在污水處理及再生水領(lǐng)域我們可以利用臭氧技術(shù)實(shí)現以下目標：

1、臭氧消毒

1.1臭氧消毒的機理

臭氧在水中滅菌有兩種方式：一種是臭氧直接作用于細菌的細胞壁，將其破壞并導致細胞的死亡;另一種是臭氧在水中分解時(shí)釋放出自由基態(tài)氧。自由基態(tài)氧具有強氧化能力，可以穿透細胞壁，氧化分解細菌內部氧化葡萄糖所必須的葡萄糖氧化酶，也可以直接與細菌、病毒發(fā)生作用，破壞其細胞器和核糖核酸、分解DNA、RNA、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)類(lèi)和多糖等大分子聚合物，使細菌的物質(zhì)代謝和繁殖過(guò)程遭到破壞。還可以滲透細胞膜組織，侵入細胞膜內作用于外膜脂蛋白和內部的脂多糖，促進(jìn)細胞的溶解死亡，并且將死亡菌體內的遺傳基因、寄生菌種、寄生病毒粒子、噬菌體、支原體及熱原(細菌病毒代謝產(chǎn)物、內毒素)等溶解變性滅亡。也有學(xué)者認為：臭氧作用于細胞的表面，改變了細胞膜的滲透特性，終導致細胞組分泄露到中間介質(zhì)中。

臭氧對細菌的滅活反應總是進(jìn)行得很迅速。與其他殺菌劑不同的是：臭氧能與細菌細胞壁脂類(lèi)雙鍵反應，穿入菌體內部，作用于蛋白和脂多糖，改變細胞的通透性，從而導致細菌死亡。臭氧還作用于細胞內的核物質(zhì)，如核酸中的嘌呤和嘧啶破壞DNA。臭氧對病毒的作用首先是作用于病毒衣體殼蛋白的四條多肽鏈，并使RNA受到損傷，特別是形成蛋白質(zhì)。噬菌體被臭氧氧化后，電鏡觀(guān)察可見(jiàn)其表皮被破碎成許多碎片，從中釋放出許多核糖核酸，干擾其吸附到寄存體上，臭氧殺菌*。

1.2影響臭氧消毒的因素

臭氧在用于飲用水消毒時(shí)具有*的殺菌效率，但在污水消毒時(shí)往往需要較大的臭氧投加量和較長(cháng)的接觸時(shí)間。影響消毒效果的主要因素總結如下。

1.2.1原水pH的影響，通過(guò)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗，在固定氣體流量(Q=10L/h)的條件下,考查了在不同pH值時(shí)，臭氧對實(shí)驗用水的消毒效果。以pH=6.7和pH=8.0時(shí)為例。實(shí)驗結果表明：時(shí)間相同的條件下，在水質(zhì)呈酸性時(shí)臭氧的存在時(shí)間要長(cháng)于水質(zhì)偏堿性時(shí)的存在時(shí)間，故水質(zhì)顯酸性時(shí)的消毒效果優(yōu)于堿性條件下的消毒效果。

1.2.2水中其他物質(zhì)的影響，主要是水中含COD、NO2-N、懸浮固體、色度等，這些物質(zhì)會(huì )消耗水中的臭氧。有時(shí)還出現污水臭氧消毒后COD增加的現象，這主要是因為臭氧將水中難降解的惰性物質(zhì)氧化為小分子物質(zhì)或者將一些環(huán)狀有機物開(kāi)環(huán)，從而提高了原BDOC，在臭氧消毒之前對原水進(jìn)行預處理，盡量*的去除有機物是十分必要的。

1.2.3臭氧投加量和剩余臭氧量的影響，不同水質(zhì)所需的臭氧投加量不同，臭氧的投加劑量越大、接觸時(shí)間越長(cháng)，出水水質(zhì)越好。MPetala對普通活性污泥法二級出水進(jìn)行深度處理，再經(jīng)臭氧消毒后出水達到美國EPA回用水質(zhì)標準。

1.2.4臭氧接觸方式的影響，臭氧在水中分解迅速，根據氣液傳質(zhì)原理，增加臭氧的傳質(zhì)效率可提高臭氧的利用率，因此選用不同的投加方式，臭氧的利用率不同。

2、臭氧技術(shù)在污水處理中的脫色作用

臭氧的強氧化性也可用于降低BOD、COD、脫色、除臭、除味、殺藻，除鐵、錳、氰、酚等。目前臭氧氧化法主要用于印染廢水處理等。其中以脫色應用由為重要。

按照2003年7月1日正式實(shí)施的《城鎮污水處理廠(chǎng)污染物排放標準》(GB18918—2002)4.1.2.1款規定，當污水處理廠(chǎng)出水作為城鎮景觀(guān)用水和一般回用水等用途時(shí)，污水處理廠(chǎng)出水水質(zhì)執行一級標準的A標準，色度≤30。要求對再生水進(jìn)行脫色、除嗅、滅菌處理。

臭氧對水體中的著(zhù)色有機物具有氧化分解作用微量的臭氧就能起到良好的效果。著(zhù)色有機物一般是具有不飽和鍵的多環(huán)有機物，用臭氧進(jìn)行處理時(shí)能夠打開(kāi)不飽和化學(xué)鍵，使分子斷鍵，從而使水變清。