臭氧高級氧化技術原理及應用

臭氧的來由

臭氧，化學式為O3，又稱三氧、超氧，因其類似魚腥味的臭味而得名，在常溫下可以自行還原為氧氣。比重比氧大，微溶于水，易分解。臭氧由氧分子攜帶一個氧原子，因此它只是一種暫存狀態(tài)，攜帶的氧原子除氧化用掉外，剩余的又組合為氧氣進入穩(wěn)定狀態(tài)，所以臭氧沒有二次污染。 臭氧主要是由氮氧化物(NOx)和揮發(fā)性有機物(VOCs)經過一系列復雜的光化學反應生成。

臭氧分子結構

臭氧氧化機理

臭氧具有的強氧化性是因為臭氧分子中的氧原子具有強親電子或親質子性。臭氧分解后可在水中形成具有強氧化作用基團-羥基自由基，可快速除去廢水中的有機污染物，而自身分解為氧，不會造成二次污染。

目前認為臭氧與有機物的反應有2種途徑：

（1） 臭氧以氧分子形式與水體中的有機物直接反應。該方法選擇性較強，一般攻擊帶有雙鍵的有機物，更易與芳香烴類和不飽和脂肪烴發(fā)生反應。

（2） 堿性條件下，臭氧在水體中分解后產生氧化性很強的羥基自由基等中間產物，中間產物與有機化合物發(fā)生氧化反應。

臭氧在污水處理中的作用

臭氧(O3)是強氧化劑、殺菌消毒劑、脫色劑和除臭劑。臭氧技術是治理環(huán)境和水質污染的關鍵技術，是二十一世紀環(huán)境科學四大關鍵技術之一，普遍應用于空氣、水體中各種有機物去除、殺菌、除臭等方面。臭氧可使大多數色素褪色，臭氧具有極強的氧化性和殺菌性能，是自然界最強的氧化劑之一，在水中氧化還原電位僅次于氟而居第二位。

臭氧氧化凈化技術核心原理

該技術的核心環(huán)節(jié)是通過特定的電場實現無聲放電而產生大量的臭氧氣體，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并將氣體激活，產生多種活性自由基，從而對多種有害物質、細菌病毒等發(fā)生催化、氧化和分解，而轉為無毒的副產物，達到凈化空氣和水質的目的。

臭氧氧化技術在污水處理方面的應用

在污水處理方面，臭氧氧化技術主要應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的去除。

科力邇臭氧高級氧化工業(yè)裝置及污水處理效果

臭氧氧化技術應用特點：

• 氧化能力強，反應速度快；

• 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，有良好的脫色、除臭、除異味作用；

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

臭氧氧化技術技術存在問題難點

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用。目前，單獨使用臭氧氧化技術處理廢水仍存在一些問題。

• 臭氧與有機物的反應選擇性較強，在低劑量和短時間內，臭氧不可能完全礦化污染物，且分解生成的中間產物會阻止臭氧的進一步氧化。

• 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，是目前國內外的熱點。

臭氧氧化技術應用于污水處理行業(yè)的現狀

近年來,國內外在臭氧高級氧化法的應用研究方面取得了可喜的進展。臭氧的高級氧化技術(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組合,形成氧化性更強、反應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

• 污泥產生量較少等優(yōu)點

• 已廣泛應用于在食品、制藥、石油石化、印染、鋼鐵、供水等行業(yè)。

技術發(fā)展情況

• 1896年Meritens最早將臭氧用作殺菌劑應用于飲用水處理。

• 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的應用十分廣泛,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)運行的柱反應器,停留時間3 min,廢水色度被完全去除。

國內應用情況

王煜等人研究利用高頻陶瓷沿面放電臭氧新技術應用于印染廢水的處理,當反應接觸時間為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。在產氣量控制在16 L /h 左右、臭氧供給量為1 kg/h、pH = 10時,經過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,己得到了成功應用。該裝置產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,該裝置現己用于食品、畜產品和水產品等加工廠的污水處理。

隨著臭氧技術應用的發(fā)展,臭氧技術的研究及應用在國際上已經形成獨立的產業(yè),其應用前景十分廣闊。

臭氧氧化技術最新技術進展

科力邇科技在研發(fā)旋流溶氣氣浮CDFU的基礎上，又創(chuàng)造性進將臭氧高級氧化技術引入其中，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，極大地提高了臭氧利用率，加快臭氧氧化反應。

臭氧氧化工業(yè)裝置

CDOF技術能夠快速、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，實現對各種難處理廢水中多種污染物高效綜合處理。

臭氧應用污水處理效果

CDOF技術為國產廠商自主研發(fā)專利技術，具有國際先進技術水平，目前已獲得10多項國內外專利，其中國際專利1項，國內發(fā)明專利3項。