臭氧高級氧化技術(shù)研究開發(fā)和研究現(xiàn)狀

臭氧(O3)是強氧化劑、殺菌消毒劑、脫色劑和除臭劑。臭氧技術(shù)是治理環(huán)境和水質(zhì)污染的關(guān)鍵技術(shù)，是二十一世紀環(huán)境科學四大關(guān)鍵技術(shù)之一，普遍應(yīng)用于空氣、水體中各種有機物去除、殺菌、除臭等方面。

• 技術(shù)核心原理
  

該技術(shù)的核心環(huán)節(jié)是通過特定的電場實現(xiàn)無聲放電而產(chǎn)生大量的臭氧氣體，在此過程中，高能電子與氣體分子碰撞時發(fā)生一系列基無物化反應(yīng)并將氣體激活，產(chǎn)生多種活性自由基，從而對多種有害物質(zhì)、細菌病毒等發(fā)生催化、氧化和分解，而轉(zhuǎn)為無毒的副產(chǎn)物，達到凈化空氣和水質(zhì)的目的。

• 技術(shù)應(yīng)用
  

在水處理方面主要應(yīng)用于各種污水處理過程中殺菌、除臭、溶解性有機物等多種污染物去除。

• 臭氧應(yīng)用特點：

• 氧化能力強，反應(yīng)速度快；

• 對細菌，病毒、芽胞、軟體微生物等有極強的殺滅作用；

• 氧化溶解性有機物，降低水中BOD、COD；臭氧的原料取自空氣中的氧，完成工作后又還原成氧，增加水中溶解氧，沒有二次污染；

• 可改善水的理化性質(zhì)，有良好的脫色、除臭、除異味作用；

• 用臭氧消毒殺菌不會產(chǎn)生有毒的三氯甲烷及致癌有機鹵化物副產(chǎn)品，不存在任何對人畜有害的殘留物。

  
  

• 技術(shù)存在問題難點

臭氧由于其在水中有較高的氧化還原電位(2.07 V,僅次于氟,位居第二) ,常用來進行殺菌消毒、除臭、除味、脫色等,在飲用水處理中有著廣泛的應(yīng)用。目前，單獨使用臭氧氧化技術(shù)處理廢水仍存在一些問題。一方面，臭氧與有機物的反應(yīng)選擇性較強，在低劑量和短時間內(nèi)，臭氧不可能完全礦化污染物，且分解生成的中間產(chǎn)物會阻止臭氧的進一步氧化。另外臭氧的發(fā)生成本高，利用率偏低，導致處理費用高。因此對提高臭氧的利用率和氧化能力這方面的研究，是目前國內(nèi)外的熱點。

• 技術(shù)現(xiàn)狀
  

近年來,國內(nèi)外在臭氧高級氧化法的應(yīng)用研究方面取得了可喜的進展。臭氧的高級氧化技術(shù)(AOTs) ,也叫高級氧化過程(AOPs) ,就是通過臭氧氧化與各種水處理技術(shù)組合,形成氧化性更強、反應(yīng)選擇性較低的羥基自由基(其氧化還原電位2.80 V) 。臭氧高級氧化法與常規(guī)水處理方法比較,具有顯著的特點,如對于生物難降解物質(zhì)處理效果好、降解速度快、占地面積小、自動化程度高、無二次污染、浮渣和污泥產(chǎn)生量較少等優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于在食品、制藥、石油石化、印染、鋼鐵、供水等行業(yè)。

1896年Meritens最早將臭氧用作殺菌劑應(yīng)用于飲用水處理。1906年在尼斯建立并投入運行的Bon Voyage水廠,被看作“飲水臭氧化的誕生地”。到20世紀70年代后期,臭氧仍主要用于消毒,主要是在法國和其他使用。近年來臭氧氧化技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛,它在殺菌、消毒、脫色、除臭、氧化難降解有機物與改善絮凝效果方面有明顯的優(yōu)勢。臭氧對脫除染料廢水、印染廢水和造紙廢水色度的良好效果,近年來得到了實際應(yīng)用。臭氧能將發(fā)色基團大分子降解成小分子最后有效去除。造紙廢水最大的特點是BOD、COD、高色度及臭味,其中含高濃度的氯代酚、氯代丙酮、三氯甲烷等。Part等應(yīng)用臭氧對牛皮紙廠漂白廢水進行脫色,將濃度為32.4 mg/L的臭氧通入連續(xù)運行的柱反應(yīng)器,停留時間3 min,廢水色度被完全去除。

王煜等人研究利用高頻陶瓷沿面放電臭氧新技術(shù)應(yīng)用于印染廢水的處理,當反應(yīng)接觸時間為10h, pH值為7～8時, COD去除率達86.6%,脫色率達98.4%。臭氧用于脫色處理時,應(yīng)控制pH≤7,此條件下可以減弱臭氧的分解速度和提高OH·的生成率,從而提高臭氧的利用率。據(jù)金臘華采用臭氧對雷諾汽車制造公司法國某分廠的綜合廢水進行氧化處理的實驗表明:臭氧可用來改善汽車制造廠綜合廢水的可生化性。在產(chǎn)氣量控制在16 L /h 左右、臭氧供給量為1 kg/h、pH = 10時,經(jīng)過2 h的臭氧氧化處理,出水的COD去除率達到60%。近年來,臭氧也用于城市生活污水的深度處理,臭氧投加量一般為10～20 mg/L,接觸時間為5 ～20 min, 可使COD 降低40%、BOD 降低70%、SS降低60%、氨氮降低20%、致癌物降低80%和色度降低90%。日本開發(fā)了微細臭氧氣泡污水處理裝置,己得到了成功應(yīng)用。該裝置產(chǎn)生的微細臭氧氣泡的粒徑極其微小,直徑只有10～100μm,氣泡和廢水的接觸面積提高了2 000～4 000倍、臭氧的溶解度提高了5倍,臭氧得到充分利用,同時起到了很好的攪拌作用。由于提高了效率,降低了成本,該裝置現(xiàn)己用于食品、畜產(chǎn)品和水產(chǎn)品等加工廠的污水處理。隨著臭氧技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展,臭氧技術(shù)的研究及應(yīng)用在國際上已經(jīng)形成獨立的產(chǎn)業(yè),其應(yīng)用前景十分廣闊。

• 最新技術(shù)進展
  

深圳科力邇科技有限公司在研發(fā)旋流溶氣氣浮的基礎(chǔ)上，又創(chuàng)造性進將臭氧高級氧化技術(shù)引入其中，形成臭氧高級氧化和旋流溶氣氣浮高效組合技術(shù)，該技術(shù)為深圳科力邇科技有限公司自主研發(fā)專利技術(shù)，具有國際先進技術(shù)水平，目前已獲得10多項國內(nèi)外專利，其中國際專利1項，國內(nèi)發(fā)明專利3項。

深圳科力邇科技有限公司在臭氧高級氧化和旋流溶氣氣浮高效組合技術(shù)基礎(chǔ)上進一步研究開發(fā)出臭氧高級氧化旋流溶氣氣浮一體化裝置（CDOF），該裝置集中了超聲波催化臭氧氧化、化學絮凝、水力空化、旋流、溶氣氣浮等眾多技術(shù)，極大地提高了臭氧利用率，加快臭氧氧化反應(yīng)，能夠快速、高效、低成本地降低水中污染物（難降解有機物、溶解油、脫色等）；同時通過臭氧氧化和絮凝作用，使得旋流溶氣氣浮能夠有效去除膠體狀和溶解態(tài)溶解性有機物（單純靠氣浮無法去除）的同時，大幅提高了旋流溶氣氣浮分離效果，實現(xiàn)對各種難處理廢水中多種污染物高效綜合處理。

上圖為科力邇科技投產(chǎn)應(yīng)用于垃圾滲濾液處理領(lǐng)域的CDOF工業(yè)設(shè)備現(xiàn)場照片