臭氧在污水處理中的應用

臭氧水處理的優點：

1.臭氧是優良的氧化劑，可以殺滅抗氯性強的病毒和芽孢；

2.臭氧消毒受污水PH值及溫度影響較小；

3.臭氧去除污水中的色、嗅、味和酚氯等污染物，增加水中的溶解氧，改善水質；

4.臭氧可以分解難生物降解的有機物和三致物質，提高污水的可生化性；

5.臭氧在水中易分解，不會因殘留造成二次污染。

臭氧水處理的影響因素：

臭氧在用于飲用水消毒時具有的殺菌效率，但在應用污水消毒時往往需要較大的臭氧投加量 和較長的接觸時間。

其主要原因是污水中存在著較高的污染物如COD、NO2-N、色度和懸浮物等，這些物質都會消耗臭氧，降低臭氧的殺菌能力，

只有當污水在臭氧消毒之前經過必要的預處理，才能使臭氧消毒更經濟更有效。臭氧與污水的接觸方式傳質效果也會影響臭氧的投加量和消毒效果。

1.水質影響主要是水中含COD、NO2-N、懸浮固體、色度對臭氧消毒的影響

2.臭氧投加量和剩余臭氧量

剩余臭氧量象余氯一樣在消毒中起著重要的作用，在飲用水消毒時要求剩余臭氧濃度為/L,

此時飲用水中大腸菌可滿足水質標準要求.在污水消毒時,剩余臭氧只能存在很短時間,如在二級出水臭氧消毒時臭氧存留時間只有3-5min。所測得的剩余臭氧除少量的游離臭氧外，還包括臭氧化物、過氧化物和其他氧化劑。在水質好時游離的臭氧含量多，消毒效果。

3.接觸時間 臭氧消毒所需要的接觸時間是很短的，但這一過程也受水質因素的影響，另外研究發現在臭氧接 觸以后的停留時間內，消毒作用仍在繼續，在初停留時間10min內臭氧有持續消毒作用，30min，以后就不在產生持續消毒作用。

4.臭氧與污水的接觸方式對消毒效果也會產生影響，如采用鼓泡法，則氣泡分散的愈小，臭氧的 利用率愈高，消毒效果愈好。

氣泡大小取決于擴散孔徑尺寸,水的壓力和表面張力等因素,機械混合器、反向螺旋固定混合器和水射器均有很好的水氣混合效果，可用于污水臭氧消毒。

臭氧系統總體描述

臭氧殺菌消毒系統是由1臺臭氧發生器、吸附干燥機、1臺空氣壓縮機、1臺冷凍干燥機、1套尾氣處理系統（冷卻水循環系統）、過濾器組成的空氣處理系統組成

壓縮空氣經主管道普通過濾后，經過普通過濾器，由流量計和壓力變送器檢測壓縮空氣的流量和供氣壓力，經吸附式干燥機進行深度除水，再經除油水過濾后進入，使氣源露點達到要求的5--10℃，再經除塵過濾器使粉塵顆粒度小于1μm，成為合格的原料氣源（達到食品級衛生許可要求）。

合格的原料氣源經減壓閥進入臭氧發生器，在臭氧發生器的中頻高壓電場內，空氣中的部分氧氣變成臭氧，產品氣體為臭氧化氣體，經流量、壓力調節閥調節和渦街流量計、壓力變送器及溫度變送器檢測流量、壓力、溫度，以及臭氧監控儀檢測臭氧濃度后，臭氧發生器所產生的臭氧經渦街流量計和總管壓力變送器檢測總流量及壓力后進入接觸氧化塔。臭氧發生器在高頻高壓電場內，部分氧氣（O2）電離成臭氧（O3），產品氣體為臭氧化氣體，經流量、壓力調節閥調節和流量計、壓力變送器及溫度變送器檢測流量、壓力、溫度，臭氧發生器所產生的臭氧經流量計和總管壓力變送器檢測總流量及壓力后通過曝氣盤，以微孔孔徑μm氣泡極大限度被曝氣池水吸收。

化學性質

1. 臭氧很不穩定，在常溫常態常壓下即可分解為氧氣。臭氧、氯和二氧化氫的氧化勢（還原電位）分別是．．伏特，可見臭氧在處理水中是氧化力量的一種。臭氧的氧化作用導致不飽和的有機分子的破裂。使臭氧分子結合在有機分子的雙鍵上，生成臭氧化物。臭氧化物的自發性分裂產生一個羧基化合物和帶有酸性和堿性基的兩性離子，后者是不穩定的，可分解成酸和醛。其反應式為：

2O?→3O? + 285kJ （1-2）

由于分解時放出大量熱量，故當其含量在 25 %以上時，很容易爆炸。但一般臭氧在空氣中，臭氧的含量很難超過10 %以上，在臭氧用于飲用水處理的較長過程中，還沒有一例氧爆炸的事例。

含量為 1 %以下的臭氧，在常溫常態常壓的空氣中分解半衰期為16h左右。隨著溫度的升高，分解速度加快，溫度超過100℃ 時，分解非常劇烈，達到 270℃ 高溫時，可立即轉化為氧氣。臭氧在水中的分解速度比空氣中快。在含有雜質的水溶液中臭氧迅速回復到形成它的氧氣。如水中臭氧濃度為 ×10 -5 mol/L(3mg/l) 時，其半衰期為5～30min，但在純水中分解速度較慢，如在蒸餾水或自來水中的半衰期大約是 20min （20℃ ），然而在二次蒸餾水中，經過 85min 后臭氧分解只有 10 %，若水溫接近0℃ 時，臭氧會變得更加穩定。

2. 臭氧的氧化能力

臭氧得氧化能力，其氧化還原電位僅次于 F? ，在其應用中主要用這一特性。

3. 臭氧的氧化反應

a 、與無機物的氧化反應

臭氧與亞鐵、Mn2+ 、硫化物、硫、、氯等均發生反應

如：

O3+SO2 SO3+O2

O3+CO CO2+O2

O3+NO NO2+O2

7O3+6NH3=6NO2+9H2O

5O3+6NH3=6NO+9H2O

4O3+PbS PbSO4+4O2

Ag+O3 AgO+O2

XeO3+4OH-+O3 XeO64-+O2+2H2O

3CN-+O3 3OCN-（OCN）2+2O3 2CO2+2O2+2N2b 、臭氧與有機物的反應

臭氧在水溶液中與有機物的反應復雜，

1、臭氧與烯烴類化合物的反應 臭氧容易與具有雙鏈的烯烴化合物發生反應，反應的終產物可能是單體的、聚合的、或交錯的臭氧化物的混合體。臭氧化物分解成醛和酸。

2、臭氧和芳香族化合物的反應 臭氧和芳香族化合物的反應較慢，在系列苯<萘<菲<嵌二萘<蒽中，其反應速度常數逐漸增大。

3、對核蛋白（氨基酸）系、有機氨也都發生反應

臭氧在下列混合物的氧化順序為

鏈烯烴>胺>酚>多環芳香烴>醇>醛>鏈烷烴

c 、臭氧的毒性和腐蝕性

臭氧屬于有害氣體，濃度為 ×10mol/L(/m? ) 時，對眼、鼻、喉有刺激的感覺；濃度(-62.5)×10 -5 mol/L(3～30mg/m? )時，出現頭疼及呼吸器官局部麻痹等癥;臭氧濃度為×10 -4～×10 -3 mol/L(15～60mg/m? )時 ， 則對人體有危害。其毒性還和接觸時間有關，例如長期接觸×10 -7 mol/L(4ppm)以下的臭氧會引起性心臟障礙，但接觸 20ppm 以下的臭氧不超過2h，對人體無性危害。因此，臭氧濃度的允許值定為×10 -9 mol/L()8h.由于臭氧的臭味很濃，濃度為×10 -9 mol/L()時，人們就感覺到，因此，世界上使用臭氧已有一百多年的歷史，至今也沒有發現一例因臭氧中毒而導致死亡的報道。

臭氧具有很強的氧化性，除了金和鉑外，臭氧化空氣幾乎對所有的金屬都有腐蝕作用。鋁、鋅、鉛與臭氧接觸會被強烈氧化，但含鉻鐵合金基本上不受臭氧腐蝕。基于這一點，生產上常使用含 25 % Cr 的鉻鐵合金（不銹鋼）來制造臭氧發生設備和加注設備中與臭氧直接接觸的部件。

臭氧對非金屬材料也有了強烈的腐蝕作用，即使在別處使用得相當穩定得聚氯乙烯塑料濾板等，在臭氧加注設備中使用不久便見疏松、開裂和穿孔。在臭氧發生設備和計量設備中，不能用普通橡膠作密封材料，必須采用能力強的硅橡膠或耐酸橡膠等。

臭氧在污水作用：

工業廢水處理---臭氧系統,能夠處理幾乎所有類型的廢水。廢水臭氧氧化的運行條件取決于行業種類和廢水種類。這些運行過程可以按下列方式分類：

*整個處理流程（單純化學工藝，化學/生物和化學/生物/物理的組合工藝）

*應用（用于水循環使用的室內預處理，或用于間接排放到公共水設施的水及用于直接排放至河流和海灣的管網末端的水處理）

*去除化合物（有毒或有色物質的氧化轉化，降低綜合參數（DOC或COD），，消毒或去除顆粒物）

通常采用臭氧氧化可生物降解過程相組合工藝，可降低臭氧用量和運行費用。（即O3-生物處理-O3系統）。

3.1 消毒

在廢水排入受納水體之前，需要對廢水進行消毒以達到一定的水質標準，如希望將處理過的水直接作為灌溉用水或工藝用水時更應進行消毒,而且要比飲用水的臭氧投加量更多。常用的消毒劑是用氯和二氧化氯用于消毒，而氯可形成的鹵化消毒副產物(尤其是三鹵甲烷,THMS),由于生成潛在的消毒副產物，因此人們對臭氧的用途越來越感興趣。

在進行化學消毒的設計時，經常使用Chick-Watson定律中的ct值的概念（游離消毒劑濃度c乘以有效接觸時間t）。大量過去和近的研究證實，分子態的臭氧是一種十分有效而且很有前途的消毒劑，效果優于游離氯、二氧化氯。

3.2 無機化合物的氧化

為了破壞廢水中的有毒物質而對無機化合物進行臭氧氧化，主要局限于的去除。在金屬加工和電子工業的電解處理工藝中，使用頻繁，它可以以游離態CN-的形成存在，但是更多的情況下是與鐵或銅結合，以硌合物形態存在。在氰離子濃度高于5mg/L時，臭氧與游離氰離子反應速度很快，表明反應可能由傳質過程控制，而絡合的對于分子態臭氧的攻擊作用非常穩定。通過臭氧氧化可以去除亞硝酸鹽（NO2-）和硫化物（H2S/2-）。這兩類物質與臭氧反應速度都很快。

3.3 有機化合物的氧化

工業廢水中帶來問題的物質大部分是有機物。通常，要處理所含物質不同、濃度各異的混合液（濃度可以從mg/L到g/L）。廢水臭氧處理的主要任務是：

*轉化有毒化合物

*對溶解有機碳（DOC）中生物難降解的成分進行部分氧化，目的在于提高后續的生物降解性能.

*去除色度

與飲用水處理相似，很難用經濟的方法將DOC礦化，建議采用臭氧氧化與其他工藝組合的方法。處理過程的成功與否是用總體DOC去除來衡量。臭氧氧化系統已經用于處理廢水，如垃圾滲濾液、紡織、制藥和化學工業的廢水。這些水中的主要污染物是難降解有機物，可分類如下：

*垃圾滲濾液中的腐殖質（褐色或黃色）和可吸附的有機鹵化物（AOX）

*紡織廢水中的有色（聚）芳香簇化合物（這類物質常常與大量金屬離子Cu，Ni，Zn，Cr）混合在一起）

*制藥和化學工業產生的有毒或殺生性物質（例如農藥）

*化妝品和其他工業產生的表面活性劑

*紙漿和造紙廢液中的COD及有色物質在廢水臭氧氧化系統中，常見的運行問題是產生泡沫，形成草酸鈣、碳酸和氫氧化鐵（Fe（OH）3）淀物，他們很容易阻塞反應器、管道或閥門，和會對泵造成損壞。