臭氧污水治理技术应用研究进展

第14卷s1期中原工学院学报v01．14Supplement2003年8月JOURNALOFZltONGYUANINSIqlJTEOFTECHNOI．,OGYAug．，2003文章编号：1671—6906(2003)S1—0O89—03臭氧污水治理技术应用研究进展周志刚，李杰(大连理工大学静电与特种电源研究所，辽宁大连116024)摘要：本文叙述了臭氧的物理、化学性质和生产臭氧的一些常规方法．对其在给水，污水的消毒，水中有机物、脱色、去除难，生物降解有机物质，以及在对剩余污泥的处理中的广泛应用进行探讨，并给出了一些常用的工艺和方法．综述表明臭氧在水处理行业中有着广泛的应用前景．关键词：臭氧；水处理；工艺中图分类号：x703文献标识码：B众所周知，高空大气中臭氧层是人类免遭太阳光中紫外线强烈侵袭的天然屏障．但在科技应用中，作为物质存在的o3既是强氧化剂又是强催化剂，因此它具有杀菌消毒、漂白、脱色、除臭、去味等氧化分解作用．近年来，03在医学、卫生、食品、饲养业、食品储藏保鲜、化工生产、大气净化、污水处理等行业得到广泛的应用，并取得了良好的效果．1臭氧的物、化性质o3在常温下为蓝色气体，有刺激性特殊气味；液态时为蓝黑色，熔点为一192．5±0．4c【=(760mmHg)，沸点为一111．9±0．3℃(760mmHg)，气体密度2．144g／l，溶解度为0．68g／l，溶解系数为0．32．理论上o3的溶解度随温度的升高而降低，它对紫外线的最大吸收波长为254nln，工作环境中允许的最大浓度TCV≤0．1×10-¨．03是一种强氧化剂，03一o2蒸气的还原电位在酸性介质中为一2．07V，在碱性介质中为一1．24V．o3在水中的分解速度很快，在含有杂质的水溶液中能迅速回复到氧气的状态，其衰期为5—30min，若水温接近O℃时能更稳定些．研究表明，o3在水中的分解速度随水温和pH值的提高而加快．由于o3具有强氧化性，因此能与除了金、铂外的所有金属发生反应，能氧化许多有机物，极易与一SH、=S、一NH’、=NH、一OH和一CHO等反应；与芳香族化合物也能反应，但速收稿日期-'2003—04—26作者简介：周志刚(19r76一)，男，湖北武汉人，硕士．—'_r—_—～一一度要慢些；对于脂肪族化合物几乎没有效果．基于o3能氧化金属的原因，因此在实际的生产中常使用含25％铬的铬铁合金来制造臭氧发生设备，而且在发生设备和计量设备中，不能用普通的橡胶作密封材料，必须采用耐腐蚀的硅胶或者耐酸橡胶【¨．2臭氧的产生氧气在电子、原子能射线、等离子体和紫外线等射线流的轰击下能分解为氧原子．这种氧原子极不稳定，具有高活性，能很快和氧气结合成三原子的臭氧．目前，生产臭氧的方法大致有：无声放电法、核辐射法、紫外线法(低压汞灯)、等离子体射流法和电解法等．电晕放电是利用高速电子轰击干燥氧气，使其分解为氧原子．高速电子具有足够的动能(6～7ev)，通过氧原子与氧气及其它任何气体分子三体碰撞，反应形成臭氧．工业中常采用在空气或氧气中无声高频高压沿面放电产生03．当以空气作为气源时，产生03的浓度为1O～20g／m3，电耗为1kg03／16～18kwh；以o2为气源时，o3的浓度可增加2～3倍，而电耗减半．电解法是一种利用直流电源电解含氧电解质产生臭氧的方法．含有水化荧光阴离子电解质的水溶液在室温下用高电流功率可将其氧化成．此种方法产生的臭氧浓度高，成分纯净，在水中溶解度高．紫外线辐射法是利用低压汞灯辐射产生，此方法简单，产生03浓度低，适维普资讯http://www.cqvip.com中原工学院学报2003年第l4卷用于实验室；其优点在于对温度不敏感，易于通过对汞灯功率的线性控制来控制0的产量．3臭氧的应用对于0的反应机理已经有了很多研究报道，主要是因为0的分解产物是一些分子态氧和具有高度活性的自由基HO，·、OH·、H·等，它们的高度活性在水处理中被用于杀菌消毒、破坏有机物结构等等，副产物无毒，基本无二次污染，有着许多别的氧化剂兀法比拟的优点．直接参与的反应称D反应，此类反应速度慢，而且具有选择性，是去除水中有机物的主要反应；0分解产生自由基的反应称为R反应，此类反应速度快，选择性差．3．1消毒属于溶菌剂，用于杀菌消毒可以达到彻底、永久地消灭物体内部所有微生物．其原理是利用0能破坏或溶解微生物的细胞壁，迅速地扩散到细胞内部，氧化破坏细胞内酶，使细胞发生通透性畸变，导致其溶解死亡l4j．Fetner和Ingols研究指出，的消毒作用是瞬时的、彻底的．与传统的Cl2相比，03杀菌能力是其6OO～3000倍，且pH值的变化范围较大，投加量少．0的投加量一般是Cl’所能达到同样效果的投加量的0．6倍，平均投加量为1mg／1，并能保证一定的剩余浓度0．6mg／1．虽然有研究表明