給水處理中臭氧的應用

吳亞群

（甘肅林業職業技術學院,甘肅 天水741020）

1 臭氧（O3）的應用背景

臭氧是一種具有極強氧化性的氣體。人們認識臭氧的氧化作用大約是在19世紀后期，隨著人們對臭氧的進一步認識，也逐漸開始了對它的應用。人們對臭氧的應用最早主要集中于蔗糖的精制和亞麻制品的漂白當中，隨后隨著臭氧技術的不斷發展成熟，科學研究者又大膽的將臭氧應用于牛奶等的保鮮，釀造中的殺菌消毒，脫色、除臭等。另外，臭氧還具有一定的廣譜殺生能力。它的殺生效果好、速度快、公害少，因而被認為是較理想的環保型氧化劑[1]。目前，在世界各國有關臭氧技術的應用已較為廣泛。近年來，我國的水源污染問題也逐漸暴露，并已嚴重的影響到城市的供水安全，各地（市）、供水企業、科研專家均做出了積極的努力，希望通過技術的革新、加強企業供水管理等手段，從而提高用水水質。其中通過引進臭氧技術以確定水質安全就是一個重要的技術措施。但對于臭氧的研究應用還明顯不夠，特別是與一些發達國家相比，我國的臭氧技術應用水平還存在不小差距。

2 臭氧的物理化學性質

臭氧是氧的同素異型體。在常溫常壓下，具有特殊的刺激性氣味，不穩定，極易分解，常溫下為淺藍色，液態時為深藍色。臭氧可溶于水，且純臭氧溶解度較高，一般約為氧的10倍左右，空氣的25倍左右。

臭氧具有強的氧化性，是常用氧化劑中氧化能力最強的，在水中的氧化還原電位為2.07V，其氧化能力高于氯（電位為1.36V）和二氧化氯（電位為1.50V），且臭氧具有較強的腐蝕性。

3 臭氧的凈水原理

（1）臭氧的氧化作用。由于臭氧的強氧化性和不穩定性。當臭氧溶解于水后就會發生如下的兩種反應：一種是直接的氧化反應，其反應速度較慢，但發生反應時的選擇性較高，這種反應下通常較易與水中的乙醇、胺及苯酚等發生反應。另一種是臭氧在水中分解產生羥基自由基（HO·）和具有強氧化性的單原子氧（O），可在短時間內殺死水中的細菌等微生物。

直接反應：污染物+03→產物或中間物。

間接反應：污染物+HO·→產物或中間物。

臭氧在水中發生如下反應[2]：

在堿性環境中，臭氧與OH-反應，可快速產生自由基，O3+OH-→HO2-+O2，O3+HO2-→ HO·+O2-+O2。此反應的產物HO·具有比臭氧更強的氧化能力,能使有機污染物發生如下的反應[3]：

通過上述反應可見，由于臭氧的強氧化能力，因此可利用臭氧快速高效且廣泛的氧化分解水中的有機污染物質，分解大分子難降解的有機物為易降解的小分子物質，從而降低水的污染程度。

（2）臭氧的消毒作用。臭氧具有一定的消毒和殺菌的作用，其作用機理主要是通過臭氧的強氧化能力直接作用于細菌等微生物的細胞膜，破壞其DNA或RNA，最終使其細胞膜結構遭到損害，抑制其新陳代謝作用，導致其停止生長，最終使其死亡。

（3）臭氧的脫色除臭作用。實驗表明，水中的色度主要是由于含有發色基團（如：偶氮基、氧化偶氮基、羧基、硝基等）的溶解性有機物、懸浮膠體、鐵錳和顆粒物等引起的。在臭氧作用下，這些物質的發色基因與臭氧在水中的分解物羥基自由基發生反應，產生低分子有機物，從而降低了水體的色度。另外，由于臭氧的微絮凝作用[4]和強氧化作用可使水中的懸浮膠體及低價鐵錳沉淀去除。

4 臭氧在給水處理中的應用

（1）氧化去除有機污染物。水體中的有機污染物主要有天然有機物和人工合成有機物。天然有機物主要指各種動植物腐爛分解后所產生的腐質酸等。而人工合成有機物主要為各類有毒、有害的有機污染物等。它們通常具有難降解、有殘留、易富集、種類多、毒性大、對公眾危害嚴重等特點。采用常規的給水處理工藝往往對于有機污染物特別是溶解性有機污染物的去除效果并不理想。但利用臭氧的強氧化能力可將水中大分子等難于降解的有機污染物氧化分解成小分子易分解去除的有機物，并且還可以直接徹底去除部分有機污染物。

（2）氧化去除無機物。由于臭氧的強氧化性，在給水處理的預臭氧化階段，無論在酸性或堿性條件下都可將原水中無機物質，如鐵、錳及一些重金屬物質等去除。通常經過臭氧氧化能將水中的二價鐵、錳等及其他金屬離子氧化成三價鐵及高價錳等，使溶解性的鐵、錳變成固態物質沉淀，然后通過過濾或絮凝、沉淀去除，反應式如下：

（3）控制藻類。目前，在世界各國的給水處理中，控制藻類仍是普遍存在的問題。通常在給水處理當中，由于藻類含量過高，就會產生一系列的問題，如混凝劑投加量增加，濾池過濾周期縮短，致臭并產生藻毒素，和氯作用形成氯化消毒副產品，降低飲用水安全等。其中，導致藻類污染的一個重要問題就是藻毒素的產生，而通過預臭氧化作用就是溶裂藻細胞從而達到殺死藻類的作用，最終使死亡的藻類易于被后續工藝去除。

5 結語

臭氧技術的應用在世界歷史上已有百余年，特別是一些歐洲經濟發達的國家，而我國應用臭氧技術進行水處理僅處于剛剛起步階段，并且受經濟、技術水平等的限制，對臭氧的應用還不夠廣泛。因此，渴望在不久的未來，在各界人士的共同努力下，臭氧技術在我國水處理行業能有更大的應用空間和發展前景，同時給社會帶來更多的健康和清潔。

[1]宗旭,楊波,白希堯等.臭氧的應用與進展[J].化工時刊,2002(12):11-14.

[2]龐會從,王振川,鄧曉麗等.臭氧在水處理中的應用[J].河北科技大學學報,2003,24(02):81-85.

[3]賴萬東,楊卓如,陳渙欽.臭氧在冷卻水中的緩蝕與阻垢機理的研究[J].工業水處理,1999,19(03):24-2.5.

[4]袁波祥,陳莎,楊圣杰等.臭氧化技術在水處理中的應用[J].北方交通大學學報,2001,25(06):54-56.