解析臭氧氧化技術(shù)在水處理中的應用

喬大鵬

（山西省城鄉(xiāng)規(guī)劃設計研究院，山西 太原 030001）

近年來，隨著社會和經(jīng)濟的發(fā)展，對水的需求越來越大了，而在生活中產(chǎn)生的廢水也越來越多。在地球上提供我們使用的淡水資源不及海洋的四分之一，為了防止對生態(tài)環(huán)境的影響，給人們提供優(yōu)質(zhì)的生活水源，就必須對我們污染的廢水進行加工處理，臭氧氧化技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一項技術(shù)，怎樣很好的利用它還是需要我們進行更深的研究。

1 臭氧氧化技術(shù)及氧化的原理

1.1 臭氧氧化技術(shù)

由于臭氧具有極強的氧化性，使得在應用臭氧氧化技術(shù)時，它對水的處理效果非常好，在與水中的污染物進行反應后也不會產(chǎn)生其它的污染物，也不會出現(xiàn)二次污染的現(xiàn)象。應用臭氧氧化技術(shù)時，它需要的設備比較簡單，占地面積也比較小，對材料消耗的量少，也不會產(chǎn)生污泥，所以被廣泛的應用于各個水處理的工廠中，目前雖然臭氧技術(shù)被更多的人所關(guān)注，但是最近這些年，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，污水處理中臭氧與其他復雜的反應技術(shù)也越來越多，但沒有進一步的明確技術(shù)的定論，因此，要想繼續(xù)更好地應用臭氧氧化技術(shù)，就需要提高臭氧氧化技術(shù)的理論知識，從而改進臭氧與其他復雜物質(zhì)氧化的技術(shù)。

1.2 臭氧氧化原理

臭氧在化學性質(zhì)上是一種強氧化劑，可以在現(xiàn)場直接制備。由于其自身具有極強的氧化性，可以將水中的難降解的有機物分解成小分子的有機物進而得到去除，而臭氧氧化分解水中大分子有機物的途徑主要有兩條，即臭氧直接反應和間接反應［1］。臭氧直接反應是對有機物的主要反應，它在反應時需要的時間較長，是污水處理廠中比較方便和最常用的方法；臭氧間接反應是在堿性的條件下，臭氧在水中分解后產(chǎn)生羥基自由基，然后通過羥基自由基與有機化合物發(fā)生氧化反應，并進行大分子有機物的去除。

2 臭氧氧化技術(shù)的性質(zhì)

2.1 臭氧的物理性質(zhì)

臭氧是一種很不穩(wěn)定的氣體，在常溫下可以自己氧化為氧，所以很容易被分解，釋放出熱量，它主要分布在10-50km高度的平流大氣層中，當濃度超過25%就會很容易發(fā)生爆炸，少于1%則會在平常的氣溫和氣壓中被分解，相比水和空氣，臭氧在水中的分解速度要比在空氣中的速度快，因此臭氧在制造和使用時，就需要在當時生產(chǎn)且立刻使用。

2.2 臭氧的化學性質(zhì)

臭氧很不穩(wěn)定，在常溫下會被慢慢的分解，當溫度達到200攝氏度時，它就比氧的氧化性更強，它能將金屬也氧化了，還能氧化有機化合物，使許多有機色素脫色，可以緩慢侵蝕橡膠和軟木，讓有機化合物被氧化，經(jīng)常用于如：飲料的殺菌和消毒，飲水的消毒，空氣的凈化、漂白等。由于臭氧的不穩(wěn)定性，所以在實際生活中它很難保存。

2.3 臭氧在水溶液中的氧化

臭氧在水中能形成強氧化作用的羥基自由基，羥基自由基可以去除大分子的有機物，還可以消毒殺菌。臭氧在水中的分解與溫度及PH值有關(guān)，如果溫度升高，臭氧的分解速度也會隨之加快，溫度超過100攝氏度時，臭氧產(chǎn)生劇烈的分解，當溫度達到270攝氏度時，臭氧直接轉(zhuǎn)化為氧氣，隨之PH值越高，它的分解也就越快，但在常溫和常壓的狀態(tài)下，它的分解時間大約為20分鐘左右。

3 臭氧氧化技術(shù)的應用

3.1 在飲用水處理中的應用

目前臭氧技術(shù)已經(jīng)在處理水的領(lǐng)域中被廣泛引用，臭氧在水處理中起到了很多的作用，現(xiàn)在有很多的臭氧化處理工廠，據(jù)研究表明，這項技術(shù)加快了水處理的速度，延長了過濾池的使用壽命，減少了沖洗水的用量，并且凈化了水的質(zhì)量。

1）消毒殺菌

臭氧最早被使用是因為它有很強的消毒作用，它可以殺死細菌、大腸桿菌和病毒，當臭氧濃度處于0.01mg/L時，大腸桿菌接觸不到一分鐘便可被殺死，因此，它的作用遠遠大于消毒劑，在日常的飲用水中，臭氧的濃度最好在1-4mg/L，大約10-12min便可消滅細菌病毒等。

2）有機物的氧化分解

臭氧可以氧化大部分的有機物，其中它的比例是15：1，1L的有害物質(zhì)則需要15mg的臭氧，相對來說需要的臭氧的數(shù)量是很大的。在飲用水處理時，為了節(jié)約成本，通常會采用臭氧低投量法，在進行有機物的氧化分解時，可以先投入少量的臭氧，然后將大分子分解為小分子，并把有害物質(zhì)分解為無害物，很難降解的物質(zhì)分解成可降解的物質(zhì)，然后再利用其他的方法，將所有的有機物分解，使用這種方法不僅讓飲用水的質(zhì)量提升還增加了效率。

3）色、嗅、味的去除

目前去除色、嗅、味技術(shù)最好的就是臭氧氧化技術(shù)，這樣既能提高處理的效率還可以減少臭氧的使用量，據(jù)研究，臭氧負荷在1-3mg/mgC時，水中的顏色幾乎全部被去除，臭氧濃度為15mg/L時，去除率可達90%。一般在給水處理時，由于原水的色、嗅、味較低，在臭氧投量時只需1-3mg/L，接觸時間10-15分鐘即可［2］。

3.2 產(chǎn)業(yè)廢水處理

臭氧氧化技術(shù)除了使用在飲用水的處理上，在工業(yè)廢水處理中的應用也很常見，臭氧可以迅速分解氰絡鹽，其反應一般分為兩步：臭氧首先將劇毒的CN-氧化為低毒的CNO-，然后再進一步將CNO-氧化為二氧化碳和氮氣，產(chǎn)業(yè)廢水中最常見是含酚廢水，它與臭氧的反應速度很快，臭氧的投量、時間接觸和氣泡的大小影響了酚的降解速度［3］。臭氧可以對染料廢水進行脫色，臭氧通過對染料基色和助色的破壞，可以達到脫色的效果。

3.3 循環(huán)冷卻水的處理

循環(huán)冷卻水處理最重要的是解決換熱設備的污垢和腐蝕問題，所以就要保證換熱設備的效率和使用年限，否則就會影響換熱的效率，耗能也比較多，甚至影響工藝的操作，并存在不安全隱患的因素。循環(huán)冷卻水的處理制定專門的水處理方案，采用專業(yè)的復合水處理制劑并完善相關(guān)技術(shù)服務體系。近年來，在循環(huán)冷卻水處理中人們發(fā)現(xiàn)，臭氧可以滅菌滅藻類，同時臭氧還可以節(jié)水，沒有污染，因此至今被廣泛應用。

3.4 復合臭氧化水處理技術(shù)

由于臭氧的特點，超強氧化性，在使用時也有一定的缺點，例如，它在單獨使用的時候不能將所有的有機物或有害物質(zhì)百分之百進行氧化，它還要受到濃度的影響。隨著臭氧技術(shù)的發(fā)展，復合臭氧化水處理技術(shù)發(fā)展的越來越好，就出現(xiàn)了很多處理技術(shù)如：生物活性炭法、臭氧-雙氧水聯(lián)合氧化法、光催化臭氧化法。

1）生物活性炭法

生物活性炭法是一種將臭氧氧化、活性炭吸附及生物處理相結(jié)合的工藝［4］。這種水處理法是應用活性炭物理的吸附性，然后利用活性炭中的微生物對有機物的降解，這樣不僅可以延長活性炭的使用壽命，還可以降低水處理的費用，并提高水處理的效率。早在六十年代的歐洲，就利用生物活性炭進行水處理，但并沒有被認可，直到美國的學者對活性炭的處理進行了理論上的研究和發(fā)表，這才讓生物活性炭有了進一步的發(fā)展，到現(xiàn)在應用于水處理、城市污水處理、工業(yè)廢水的處理當中。采用生物活性炭（BAC）法時，臭氧的投量必須嚴格控制，如果臭氧投量過大，反而會使活性炭吸附后的水質(zhì)下降，比較合適的臭氧的投量為0.2。

2）臭氧-雙氧水聯(lián)合氧化法

臭氧-雙氧水聯(lián)合氧化系統(tǒng)是污水處理當中的一種高級氧化方法，它對去除天然水體中的有機污染物非常有效，經(jīng)過研究表明，采用臭氧-雙氧水聯(lián)合氧化法處理廢水，效果非常顯著，可以將廢水的污染物從300mg/L降低到95.3mg/L，色度則由350倍降低到4倍，基本達到了污水回用的標準。它是臭氧和雙氧水結(jié)合在一起，它的氧化能力遠遠比臭氧的能力強。

例如，如果只用臭氧，濃度達到8mg/1，分解的時間為10分鐘，對有害物質(zhì)的去除率也不會超過30%；若采用臭氧-雙氧水聯(lián)合氧化法，當臭氧投量為5mg/1，臭氧-雙氧水質(zhì)量比為0.4時，可使用TEC的去除率提高到98%［6］。

4 光催化臭氧化法

光催化臭氧化法又可稱為臭氧紫外心法，這種方法不是利用臭氧與有機物進行直接的反應，而是利用臭氧在紫外光的照射下分解有機物，其中紫外線的輻射可以促進污染物的分解，讓臭氧更快氧化有機物，縮短了反應的時間。這種方法在復合臭氧化當中使用最廣泛，我國在調(diào)查光催化臭氧化法使用時，研究表明，光催化臭氧化法能大大降低處理水的成本。

20世紀末，由于工業(yè)廢水和生活污水的大量排放，使得很多水資源中有機物含量增高，水污染嚴重，自新《生活飲用水衛(wèi)生標準》開始實施，加強了對水處理的要求，在進行研究時，人們發(fā)現(xiàn)了光催化臭氧化法可以處理工業(yè)廢水，如：含油廢水、印染廢水、無機污染物質(zhì)、造紙廢水、難降解農(nóng)藥等。

5 結(jié)語

臭氧氧化技術(shù)已經(jīng)在水處理過程中被廣泛的應用，在處理水污染時，氧化速度快，成本低廉可以把控優(yōu)勢。由于我國現(xiàn)在經(jīng)濟的發(fā)展和人口數(shù)量的大幅度增加，造成水資源被嚴重污染，一些重工業(yè)的發(fā)展，更為嚴重，不僅對水資源進行污染，還浪費水，沒有節(jié)約水資源的意識。各類的水污染問題現(xiàn)在隨著臭氧氧化的技術(shù)的發(fā)展，得到了有效的解決，并將它的作用和優(yōu)勢發(fā)揮到了最大，它在水處理行業(yè)有著廣闊的應用前景。為了解決單一臭氧氧化技術(shù)應用的不足，將臭氧技術(shù)和其他技術(shù)進行結(jié)合研究，因此在技術(shù)上得到了改進和發(fā)展，也為該技術(shù)以后的有效利用打下了基礎(chǔ)。