臭氧氧化技術

韓建濤等

摘 要：臭氧作為一種強氧化劑，在水處理中得到了廣泛的應用。主要體現在飲水處理、游泳池水處理、污水和尾氣排放、活性炭過濾前的臭氧氧化以及混凝與臭氧氧化技術的有機結合。本文概述了臭氧的物理化學性質，臭氧氧化技術的發展及特點和在廢水處理中的應用，介紹了臭氧氧化技術的作用機理和臭氧氧化技術的優缺點。

關鍵詞：水處理；臭氧氧化；強氧化劑；活性炭過濾；混凝

水是人類社會賴以生存與發展、文明與進步的基本保障，與我們每個人息息相關。面臨全球性水資源短缺、水環境污染嚴重、城市和工業發展對水質水量要求不斷提高的挑戰，我們已進入一個極其緊迫、相當復雜、全球性的生態與經濟相互依賴的時期。臭氧氧化技術是在水處理中受到普遍關注的氯消毒副產品對人體具有致命危害之后開始重視并廣泛采用的方法。

1 臭氧的物理化學性質

物理性質：臭氧是氧的同素異構體，在室溫下為無色氣體，具有一種特殊的臭味。在標準狀態下，容重為2.144g/L.

化學性質：臭氧是一種強氧化劑，其氧化能力僅次于氟，比氧、氯及高錳酸鹽等常用的氧化劑都高。且是有毒氣體，具有腐蝕性。

2 臭氧氧化技術的發展及特點

人們發展了臭氧生產技術，尋找到了新的工藝流程；同時，臭氧的應用領域、化學性質以及反應物也得到進一步的研究。臭氧具有很強的氧化性，可以氧化多種化合物，因此，臭氧氧化技術在水處理中被廣泛應用。臭氧氧化技術具有如下特點：（1）臭氧不僅有很好的快速殺菌、消毒性質，而且具有極高的氧化有機和無機化合物的氧化力，可去除其它水處理工藝難以去除的物質。（2）臭氧的反應完全、速度快， 從而可以減小構筑物體積。（3）剩余臭氧會迅速轉化為氧氣，能增加水中溶解氧，效率高，不產生污泥，不造成二次污染。（4）在提高凈化效果、殺菌、消毒的同時，可除嗅、除味。（5）制備臭氧用的電和空氣不必儲存和運輸，臭氧化裝置占地小，運行操作管理簡單。

3 臭氧氧化技術在廢水處理中的應用

臭氧氧化技術在水處理方面的應用越來越被人們所接受和認同，并由此而產生多種更有效的復合處理工藝。結合常規的水處理工藝，應用預臭氧氧化技術會帶來事半功倍的效果。

3.1 紡織印染廢水處理

紡織印染行業是工業廢水排污大戶，印染廢水具有水量大、有機污染物含量高、色度深、堿性大、水質變化大等特點，屬難處理的工業廢水。隨著印染新工藝、新原料、新染料、新助劑的不斷開發和應用，使得生產過程中排放的廢水中污染物變得越來越復雜。處理的難度也在不斷增大，傳統的二級處理已經不能適應廢水治理和回用的要求。而用臭氧進行深度處理在去除色度和COD方面有顯著的效果，并已廣泛應用于印染廢水處理。S.Liakou等闡明了臭氧氧化是將有機染料轉化為易生物降解有機酸的一種有效途徑，指出草酸鹽、苯磺酸、甲酸鹽等是臭氧氧化的中間產物，并建立了一種數學模型來描述偶氮染料的消除過程，COD和BOD 在印染廢水中的變化等。盧寧等對印染廢水采用臭氧處理.結果發現臭氧對含有GBC棗紅基染料的印染廢水的色度和CODcr去除率分別達94%和72%，出水的pH值趨于中性。采用臭氧、活性炭、臭氧一活性炭對染色殘液進行脫色對比試驗，研究表明臭氧一活性炭法有助于使溶液的CODcr去除率由單獨臭氧處理的27%上升至92% ，對色度的去除率也接近100%。

3.2 垃圾滲濾液處理

垃圾滲濾液是一種污染性極強的高濃度有機廢水.含有機污染物高達77種，其中促癌物、輔致癌物5種，被列入我國環境優先控制污染物“黑名單”。垃圾滲濾液對周邊環境、填埋場土層及地下水都會造成極大的污染。馮旭東等采用生物一臭氧氧化技術對垃圾滲濾液進行了研究。結果表明，當臭氧流量為0.4Lmin時，廢水中的COD由900mg/L降為550mg/L以下，其BOD5/COD在0.28上下波動.生物降解性大大提高。傅平青等以水玻璃、硫酸、硫酸鋁和廢鐵屑為原料研制出的聚硅酸硫酸鋁鐵類混凝劑（PSAFCS），結合臭氧氧化處理某垃圾填埋場滲濾液。實驗結果表明：經過該處理工藝，垃圾滲濾液CODcr的去除率達70.6% ，BOD 的去除率達75.4%，色度去除率為94%，其水質已經基本接近我國生活垃圾填埋場污染控制二級標準。德國的Wenzel的實驗表明，用UV/O3法處理垃圾滲濾液中的難降解有機物效果明顯，其中苯酚碳氫化合物的降解率達到了100%，聯苯的降解率為96%，二氧（雜）芑和呋喃的降解率在74%以上。總磷由原水的1～1.5mg/L降到0.5mg/L以下，試驗效果比較理想，可達到工業用水的要求。

4 臭氧氧化技術的作用機理

臭氧是一種不穩定的物質，在空氣中會慢慢地連續自行分解成氧，同時放出大量熱，其濃度為25%以上時很容易爆炸。但一般臭氧化空氣中臭氧濃度不超過l0%，故不會發生爆炸。濃度為1%以下的臭氧，在常溫常壓下的空氣中分解， 半衰期為16h左右。而在水中，其分解速度比在空氣中快得多，水中臭氧濃度為3mg/l，其半衰期僅l5～30 min 。臭氧在水中分解速度隨水溫、pH值提高而加快。故臭氧一般都就地制造、就地利用。臭氧可以進攻有機物負電原子，進行親電反應；臭氧還可以進攻有機物分子中帶正電原子核，進行親核反應。工業上常使用電暈放電法。在放電間隙，氧被電離成離子，高活性的氧離子同氧分子反應生成臭氧。

5 臭氧氧化技術的優缺點

優點：（1）氧化能力強，對除臭、脫色、殺菌、去除有機物和無機物都有顯著地效果。（2）處理后廢水中的臭氧易分解，不產生二次污染。（3）制備臭氧用的空氣和電不必貯備和運輸，操作管理也較方便。（4）處理過程中一般不產生污泥。

缺點：（1）造價高。（2）處理成本高。

6 結語

近年來，人們對臭氧的使用是本著揚長避短的原則。臭氧氧化技術多用于與其它技術的聯合使用以及各種催化臭氧氧化技術，其處理效果均優于單獨使用臭氧。相信不遠的將來，臭氧氧化技術必將會有更大的應用空間和發展前景。

參考文獻

[1]許建華等·水的特種處理·同濟大學出版社

[2]張林生·水的深度處理與回用技術·化學工業出版社

[3]張自杰·排水工程·中國建筑工業出版社

作者簡介

韓建濤（1991-），男，漢族，河南鄭州人，鄭州大學給水排水工程2011級本科生。

郭竟爭（1992-），男，漢族，河南禹州人，鄭州大學給水排水工程2011級本科生。