臭氧氧化技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用

一、前言

水資源匱乏、水體污染嚴(yán)重是目前世界普遍面臨的倆大難題。如何節(jié)省水資源的消耗、如何減少污染物的排放、如何更大限度的污水再生是很多人正在思考和解決的問(wèn)題。

二、臭氧的特性

1、強(qiáng)氧化性

臭氧的氧化能力幾乎是目前所知氧化劑中Z強(qiáng)的。同時(shí)臭氧在水中的分解速度很快，在含有雜質(zhì)的水溶液中能迅速回復(fù)到氧氣的狀態(tài)，其衰期為5-30min，若水溫接近0℃時(shí)能更穩(wěn)定些。另外還有研究表明，臭氧在水中的分解速度隨水溫和pH值的提高而加快，由于臭氧具有強(qiáng)氧化性，因此能與除了金、鉑外的所有金屬發(fā)生反應(yīng)，能氧化許多有機(jī)物。

2、易分解性

臭氧的化學(xué)性質(zhì)比較活躍，在常溫下就可以分解為氧氣，并在分解的過(guò)程中釋放出284Kj/mol的熱量，具體用化學(xué)式來(lái)表示就是：2O3=3O2

臭氧在空氣中的分解速度跟溫度和臭氧自身的濃度有關(guān)，研究證明：當(dāng)外在空間的溫度越高、臭氧的濃度越大，其分解的速度也就越快，而臭氧在水中分解的速度是跟水溫與酸堿度(pH)有關(guān)，水溫越高時(shí)臭氧的分解速度越高，而pH值越高，也就是水的堿性越強(qiáng)使，臭氧的分解也就越快。

3、強(qiáng)腐蝕性

由于臭氧具有很高的氧化性，所以除了鉑和金以外，臭氧幾乎可以氧化在空氣中的所有金屬，所以這也體現(xiàn)了臭氧的腐蝕性。而且臭氧對(duì)非金屬材料也有強(qiáng)烈的腐蝕作用。基于這種原因，在實(shí)際的生產(chǎn)中常使用25%的鉻鐵合金來(lái)制造臭氧發(fā)生設(shè)備，而且在發(fā)生設(shè)備和計(jì)量設(shè)備中，不能用普遍的橡膠作密封材料，必須采用耐腐蝕的硅膠或者耐酸橡膠。

三、臭氧的作用

基于以上臭氧的特性——在污水處理及再生水領(lǐng)域我們可以利用臭氧技術(shù)實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：

1、臭氧消毒

1.1臭氧消毒的機(jī)理

臭氧在水中滅菌有兩種方式：一種是臭氧直接作用于細(xì)菌的細(xì)胞壁，將其破壞并導(dǎo)致細(xì)胞的死亡;另一種是臭氧在水中分解時(shí)釋放出自由基態(tài)氧。自由基態(tài)氧具有強(qiáng)氧化能力，可以穿透細(xì)胞壁，氧化分解細(xì)菌內(nèi)部氧化葡萄糖所必須的葡萄糖氧化酶，也可以直接與細(xì)菌、病毒發(fā)生作用，破壞其細(xì)胞器和核糖核酸、分解DNA、RNA、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)類和多糖等大分子聚合物，使細(xì)菌的物質(zhì)代謝和繁殖過(guò)程遭到破壞。還可以滲透細(xì)胞膜組織，侵入細(xì)胞膜內(nèi)作用于外膜脂蛋白和內(nèi)部的脂多糖，促進(jìn)細(xì)胞的溶解死亡，并且將死亡菌體內(nèi)的遺傳基因、寄生菌種、寄生病毒粒子、噬菌體、支原體及熱原(細(xì)菌病毒代謝產(chǎn)物、內(nèi)毒素)等溶解變性滅亡。也有學(xué)者認(rèn)為：臭氧作用于細(xì)胞的表面，改變了細(xì)胞膜的滲透特性，終導(dǎo)致細(xì)胞組分泄露到中間介質(zhì)中。

臭氧對(duì)細(xì)菌的滅活反應(yīng)總是進(jìn)行得很迅速。與其他殺菌劑不同的是：臭氧能與細(xì)菌細(xì)胞壁脂類雙鍵反應(yīng)，穿入菌體內(nèi)部，作用于蛋白和脂多糖，改變細(xì)胞的通透性，從而導(dǎo)致細(xì)菌死亡。臭氧還作用于細(xì)胞內(nèi)的核物質(zhì)，如核酸中的嘌呤和嘧啶破壞DNA。臭氧對(duì)病毒的作用首先是作用于病毒衣體殼蛋白的四條多肽鏈，并使RNA受到損傷，特別是形成蛋白質(zhì)。噬菌體被臭氧氧化后，電鏡觀察可見其表皮被破碎成許多碎片，從中釋放出許多核糖核酸，干擾其吸附到寄存體上，臭氧殺菌*。

1.2影響臭氧消毒的因素

臭氧在用于飲用水消毒時(shí)具有*的殺菌效率，但在污水消毒時(shí)往往需要較大的臭氧投加量和較長(zhǎng)的接觸時(shí)間。影響消毒效果的主要因素總結(jié)如下。

1.2.1原水pH的影響，通過(guò)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)，在固定氣體流量(Q=10L/h)的條件下,考查了在不同pH值時(shí)，臭氧對(duì)實(shí)驗(yàn)用水的消毒效果。以pH=6.7和pH=8.0時(shí)為例。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：時(shí)間相同的條件下，在水質(zhì)呈酸性時(shí)臭氧的存在時(shí)間要長(zhǎng)于水質(zhì)偏堿性時(shí)的存在時(shí)間，故水質(zhì)顯酸性時(shí)的消毒效果優(yōu)于堿性條件下的消毒效果。

1.2.2水中其他物質(zhì)的影響，主要是水中含COD、NO2-N、懸浮固體、色度等，這些物質(zhì)會(huì)消耗水中的臭氧。有時(shí)還出現(xiàn)污水臭氧消毒后COD增加的現(xiàn)象，這主要是因?yàn)槌粞鯇⑺须y降解的惰性物質(zhì)氧化為小分子物質(zhì)或者將一些環(huán)狀有機(jī)物開環(huán)，從而提高了原BDOC，在臭氧消毒之前對(duì)原水進(jìn)行預(yù)處理，盡量*的去除有機(jī)物是十分必要的。

1.2.3臭氧投加量和剩余臭氧量的影響，不同水質(zhì)所需的臭氧投加量不同，臭氧的投加劑量越大、接觸時(shí)間越長(zhǎng)，出水水質(zhì)越好。MPetala對(duì)普通活性污泥法二級(jí)出水進(jìn)行深度處理，再經(jīng)臭氧消毒后出水達(dá)到美國(guó)EPA回用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

1.2.4臭氧接觸方式的影響，臭氧在水中分解迅速，根據(jù)氣液傳質(zhì)原理，增加臭氧的傳質(zhì)效率可提高臭氧的利用率，因此選用不同的投加方式，臭氧的利用率不同。

2、臭氧技術(shù)在污水處理中的脫色作用

臭氧的強(qiáng)氧化性也可用于降低BOD、COD、脫色、除臭、除味、殺藻，除鐵、錳、氰、酚等。目前臭氧氧化法主要用于印染廢水處理等。其中以脫色應(yīng)用由為重要。

按照國(guó)家2003年7月1日正式實(shí)施的《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918—2002)4.1.2.1款規(guī)定，當(dāng)污水處理廠出水作為城鎮(zhèn)景觀用水和一般回用水等用途時(shí)，污水處理廠出水水質(zhì)執(zhí)行一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的A標(biāo)準(zhǔn)，色度≤30。要求對(duì)再生水進(jìn)行脫色、除嗅、滅菌處理。

臭氧對(duì)水體中的著色有機(jī)物具有氧化分解作用微量的臭氧就能起到良好的效果。著色有機(jī)物一般是具有不飽和鍵的多環(huán)有機(jī)物，用臭氧進(jìn)行處理時(shí)能夠打開不飽和化學(xué)鍵，使分子斷鍵，從而使水變清。