臭氧氧化技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用解析

曾憲國(guó)

摘 要：作為一種高級(jí)氧化技術(shù)，臭氧氧化具有操作程序簡(jiǎn)單、成本價(jià)格低廉、應(yīng)用廣泛的特點(diǎn)。在當(dāng)今工業(yè)生產(chǎn)廢水排放量大、成分復(fù)雜的形勢(shì)下，為解決我國(guó)水體污染嚴(yán)重和水資源緊缺的問題，臭氧氧化技術(shù)將逐漸在工業(yè)廢水實(shí)際應(yīng)用深度處理方而擁有較廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：臭氧氧化技術(shù)；污水處理；應(yīng)用解析

1 臭氧氧化法

臭氧氧化有機(jī)物通過兩種反應(yīng)：直接反應(yīng)和間接反應(yīng)。直接反應(yīng)通過環(huán)加成、親電反應(yīng)、親核反應(yīng)實(shí)現(xiàn)。間接反應(yīng)通過O3與H2O的自由基誘發(fā)反應(yīng)生成·OH，·OH通過電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)、抽氫反應(yīng)、·OH加成反應(yīng)可與大部分有機(jī)物進(jìn)行反應(yīng)，從而將部分有機(jī)物降解為CO2和H2O。經(jīng)過臭氧氧化后，污水的COD可得到一定的去除而且色度也可大大降低。

王樹濤等對(duì)臭氧氧化工藝處理城市污水廠二級(jí)處理出水進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，污水COD在30～50mg/L的情況下，當(dāng)臭氧投加量10mg/L、接觸時(shí)間為4min時(shí)，臭氧氧化對(duì)COD，TOC的去除率分別達(dá)到25.7%和16.5%，使UV254和色度分別降低了62.31%和79.25%，同時(shí)分子質(zhì)量<1ku的有機(jī)物所占比例由原來的52.9%升高到72.6%。

臭氧能氧化水中許多有機(jī)物，但臭氧與有機(jī)物的反應(yīng)是有選擇性的，而且不能將有機(jī)物徹底分解為CO2和H2O，臭氧氧化后的產(chǎn)物往往為羧酸類有機(jī)物。所以要提高臭氧的氧化速率和效率，進(jìn)行徹底的礦化處理，就必須采用與其他措施聯(lián)合促進(jìn)臭氧的分解而產(chǎn)生活潑的·OH自由基。因此，臭氧技術(shù)由原來的單獨(dú)使用逐漸發(fā)展為與其他方法聯(lián)合使用。2 臭氧/雙氧水聯(lián)合氧化法

O3/H2O2高級(jí)氧化技術(shù)是一種有效降解廢水中污染物的高級(jí)氧化過程。該過程不產(chǎn)生二次污染，可直接將污染物氧化為CO2和H2O。其實(shí)質(zhì)是H2O2加速O3分解產(chǎn)生高活性的羥基自由基。通過臭氧與雙氧水聯(lián)合處理污水，COD及色度的去除率普遍高于單獨(dú)利用臭氧及雙氧水處理污水。

O3/H2O2處理工藝中，自由基的鏈反應(yīng)實(shí)際是由HO2一引發(fā)的，生產(chǎn)HO的總反應(yīng)方程式可歸納為：

H2O2+2O3→2HO+3O2

利用H2O2引發(fā)O3分解產(chǎn)生自由基是一種比較成熟的O3催化氧化工藝，在國(guó)內(nèi)外已成功地應(yīng)用于大規(guī)模水處理中。

彭人勇等采用O3/H2O2法對(duì)嘧啶廢水的處理進(jìn)行了研究，試驗(yàn)通過將不同量的H2O2加入1LCOD濃度為3647mg/L的嘧啶廢水中，研究pH值、反應(yīng)時(shí)間、O3流量及H2O2投加量對(duì)處理效果的影響。試驗(yàn)結(jié)果證明，在pH值為11，反應(yīng)時(shí)間為70min，O3流量為4g/h，H2O2投加量為50mmol/l的條件下，廢水的嘧啶和COD的去除率分別達(dá)到84.46%和74.97%。

張伏中等針對(duì)已經(jīng)達(dá)標(biāo)的焦化廢水中存在的殘余有機(jī)物，考查O3/H2O2氧化工藝的有效性并期望實(shí)現(xiàn)工業(yè)循環(huán)水水質(zhì)目標(biāo)的工藝條件。以實(shí)際達(dá)標(biāo)排放的焦化廢水水樣作為研究對(duì)象，在自行設(shè)計(jì)的圓柱形鼓泡反應(yīng)器中建立了O3與H2O2協(xié)同氧化反應(yīng)體系，通過試驗(yàn)明確了O3濃度、H2O2投加量、溶液pH值、自由基抑制劑等因素對(duì)有機(jī)物降解的影響規(guī)律。結(jié)果表明：在水溫為25℃時(shí)、水樣pH值為7.0、臭氧濃度為11.01mg/L、H2O2濃度為1.0mmol/L的條件下，反應(yīng)30min后O3/H2O2氧化工藝對(duì)COD和UV254的去除率分別達(dá)到78.1%和83.7%，相比單獨(dú)O3氧化分別提高了14.3%和4.1%，達(dá)到了良好的處理效果。

3 臭氧/紫外線聯(lián)合氧化法

O3/UV深度氧化法處理水中有機(jī)物的過程，不僅O3可以對(duì)有機(jī)物進(jìn)行氧化降解，更重要的是O3在UV的作用下分解，產(chǎn)生氧化性極強(qiáng)的羥基自由基。在O3/UV深度氧化體系中，羥基自由基產(chǎn)生的機(jī)理為：

O3+UV→O2+·O

·O+H2O→2·OH

朱輝采用O3/UV工藝對(duì)生化處理后的低濃度印染污水進(jìn)行處理研究。結(jié)果表明，對(duì)于初始pH值為7.4的500mL廢水，在臭氧投加量為33.75mg（臭氧濃度為2.70mg/L），UV燈為10W的條件下，O3/UV工藝的UV254、去除率和COD去除率分別達(dá)到了69.0%和89.8%，分別比單獨(dú)臭氧工藝提高了30.6%和23.5%。相比于單獨(dú)臭氧工藝，O3/UV工藝處理出水的有機(jī)物中，易氧化有機(jī)物的比例較大。

楊監(jiān)峰等研究了通過O3/UV對(duì)苯胺廢水的處理效果，試驗(yàn)采用自制裝置，有效容積為1.5L，采用10W紫外燈，試驗(yàn)結(jié)果證明，單獨(dú)采用UV方法時(shí)，苯胺的去除率僅為4.1%，而采用O3/UV方法時(shí)，在O3通入量為21.4mg/min，初始pH值為6.74和苯胺質(zhì)量濃度為100mg/L的條件下，反應(yīng)10min時(shí)苯胺的去除率可達(dá)99%。

可見，O3/UV聯(lián)合氧化法對(duì)廢水中難以處理的雜質(zhì)進(jìn)行化學(xué)氧化處理，是一種處理廢水的實(shí)際和經(jīng)濟(jì)的方法。它對(duì)一些有毒的、難以深度處理的化合物特別有效。尤其在用其它方法處理時(shí)反應(yīng)速度非常低的情況，此法更為經(jīng)濟(jì)。

4 臭氧/活性炭聯(lián)合氧化法

活性炭具有極大的比表面積，并且表面含有大量的酸性或堿性基團(tuán)，這些酸性或堿性基團(tuán)的存在，特別是羥基、酚羥基的存在，使活性炭不僅具有吸附能力，而且還具有催化能力，臭氧/活性炭聯(lián)合氧化法處理污水應(yīng)運(yùn)而生。在活性炭的吸附及催化作用下臭氧加速變成羥基自由基，由此導(dǎo)致了類似于。O3/H2O2或O3/UV的高級(jí)氧化反應(yīng)過程，從而提高氧化效率。

馬黎明等對(duì)活性炭催化臭氧氧化法處理生化后造紙廢水進(jìn)行了研究，每次試驗(yàn)取400ml廢水樣及一定量的活性炭注入反應(yīng)器，調(diào)節(jié)磁力攪拌轉(zhuǎn)速在250～300r/min，分別對(duì)不同pH值、反應(yīng)時(shí)間和活性炭用量等條件下活性炭臭氧氧化進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，pH值為7.98，活性炭加入量為1g，臭氧反應(yīng)時(shí)間12min時(shí)，COD和色度的去除率達(dá)到40.2%和91.6%，比單獨(dú)臭氧氧化處理分別提高了7.6%和7.0%，BOD/COD比值由單獨(dú)臭氧化過程的0.14提高到了0.26，可生化性得到明顯改善。

隋銘?zhàn)┑葘?duì)臭氧/活性炭氧化法去除原水中微污染物的效果進(jìn)行過了研究，試驗(yàn)采用自制裝置，在裝置內(nèi)裝入5g活性炭、3L硝基苯溶液，臭氧投加量為5.8mg/L，結(jié)果表明，活性炭作為催化劑與臭氧共同作用，對(duì)硝基苯的去除率明顯高于單獨(dú)臭氧氧化；在保證活性炭與臭氧分子和有機(jī)物充分接觸的2min內(nèi)，臭氧/活性炭對(duì)硝基苯的氧化速率是臭氧氧化的6倍；隨著pH值的增加，臭氧/活性炭對(duì)硝基苯的去除率逐漸提高（單獨(dú)臭氧氧化同樣如此），但至pH=9.55時(shí)，臭氧/活性炭對(duì)硝基苯的去除失去優(yōu)勢(shì)。

雖然臭氧/活性炭氧化法中活性炭的重復(fù)使用率不高，但活性炭催化轉(zhuǎn)化臭氧為羥基自由基創(chuàng)造了一個(gè)基于臭氧的高級(jí)氧化過程，除臭氧的過氧化氫、紫外催化轉(zhuǎn)化法外，為水中難降解污染物的降解又提供了一個(gè)可供選擇的方法。

5 結(jié) 語

綜上所述，臭氧氧化及臭氧與其他技術(shù)的聯(lián)合氧化法對(duì)多種廢水均有不錯(cuò)的處理效果。但目前應(yīng)用臭氧高級(jí)氧化技術(shù)存在一定的缺點(diǎn)。臭氧氧化法處理廢水的研究與應(yīng)用在國(guó)內(nèi)外還處于起步階段，目前各項(xiàng)技術(shù)及配套工藝還不夠完善，作用機(jī)理尚待深入研究，但其也有著諸多的優(yōu)點(diǎn)，隨著對(duì)廉價(jià)臭氧發(fā)生器等裝置的開發(fā)及反應(yīng)機(jī)理的深入研究，憑借其高效、快速無二次污染等眾多的優(yōu)點(diǎn)，相信它在未來水處理行業(yè)的應(yīng)用潛力會(huì)越來越受到人們的重視。

參考文獻(xiàn)

[1]李靜，劉國(guó)榮.臭氧高級(jí)氧化技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用[J].污染防治技術(shù)，2007，20（6）55～57.

[2]徐新華，趙偉榮.水與廢水的臭氧處理[M].北京.化學(xué)工業(yè)出版社，2003.