臭氧在水处理中的制约因素及缓解措施

第22卷第3期桂林工学院学报Vol.22No.32002年7月JOURNALOFGUILININSTITUTEOFTECHNOLOGYJul.2002文章编号:1006-544X(2002)03-0366-03臭氧在水处理中的制约因素及缓解措施莫德清,韦平英,周檀(桂林电子工业学院电子工程系,广西桂林541004)摘要:臭氧作为一种强氧化剂,在水处理中的应用日益广泛.随着对臭氧技术的不断探索和应用,也发现了其应用过程中的一些抑制因素.根据臭氧在水中的反应动力学原理和水质情况,在给水处理中产生的副产物可用臭氧与活性炭联用或适当加入氨氮的方法加以缓解;对循环冷却水中的腐蚀问题要注意臭氧停留时间和加入金属阻蚀剂;在废水处理中可选用不同的联用技术来提高臭氧的效能.关键词:臭氧;水处理;联用技术;措施中图分类号:X52;X703文献标识码:B臭氧(O3)常温常压下是一种不稳定的具有特殊刺激性气味的浅蓝色气体,具有极强的氧化能力,在水中的氧化还原电位(φ=2.07V)仅次于氟(φ=2.87V)[1].臭氧在低浓度下可以进行反应,具有反应快、投量少、氧化能力强、在水中不产生持久性残余和无污染等优点.由于臭氧本身的局限性,反应过程中伴随着一些制约因素产生,影响了臭氧技术在水处理中的应用.如何缓解这些制约因素,成为当前臭氧技术在水处理应用中的重要研究课题.1臭氧氧化法水处理技术现状1.1饮用水处理饮用水处理主要关注2个问题,即有效地杀菌消毒和去除微污染物质.臭氧具有很强的杀菌消毒和氧化去除微污染物质的作用,其杀菌能力为氯的数百倍,氧化能力为氯的2倍.由于氯消毒会产生副产物(大约300余种),而这些副产物大多数能诱导哺乳动物产生肿瘤并已被证实[2],臭氧作为其替代品已被世界上很多自来水厂应用.1.2冷却水处理工业用水中70%是作为冷却水,现在循环冷却水方面的问题是循环冷却水浓缩倍数提高,加剧了冷却系统的腐蚀、结垢及微生物生长等危害,以致影响设备的传热效率,威胁设备的寿命.用未杀菌的化学法处理冷却水发现了一种对人体有害的革兰氏阴性病原菌,对环境会造成污染.而臭氧具有杀菌、灭藻、缓蚀和阻垢的功效,可代替传统的化学药剂处理循环冷却水,可以使冷却水在零排放条件下进行,不会对环境造成污染[3].1.3废水处理[4～7]臭氧不仅能氧化水中的无机物,如CN-,NH3,Fe2+,Mn2+,Hg,H2S等,而且可以氧化难以用生物降解的有机物,如芳烃化合物等.目前臭氧技术已应用于:①处理含酚废水(2～2.5mgO3/mg酚);②处理含油废水(1.0～1.5mgO3/mg油);③处理表面活性剂废水(1.0～1.2mgO3/mg烷烃苯磺酸钠);④处理造纸废水(投加150～170mgO3/L时色度降低90%);⑤处理城市污水.当臭氧投加量为20mg/L时,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%,色度降低60%等.收稿日期:2002-02-26;修订日期:2002-04-08作者简介:莫德清(1965-),女,广西桂林人,经济师,工程师,主要从事环境工程方面的教学与研究.2水处理中的制约因素2.1给水处理中的臭氧副产物臭氧在处理微污染水源水时,会因水质不同产生一些不利于人体的有机和无机副产物[8].2.1.1有机副产物臭氧可氧化水中多数有机物,如:蛋白质、氨基酸、木质素、腐殖酸、链式不饱和化合物、芳香烃、缩环化合物等等.在臭氧的作用下,不饱和化合物形成臭氧化物,臭氧化物水解,不饱和烃断裂,就会形成较小的有机分子,这些生成物有:甲醛、丙酮酸、丙酮醛、和乙酸等,其产量一般与原水中有机物浓度成正比.有机副产物中,酸类对人体无大的危害,而醛类是致癌和致突变物质.2.1.2无机副产物在给水处理中,臭氧氧化生成的副产物最受关注的是溴酸根,它是一种可能致癌物.溴酸根是臭氧与水中溴离子反应生成:Br-+O3※O2+BrO-HBrOH++BrO-BrO-+2O3※2O2+BrO-3当原水中溴化物含量高,pH值越低时,生成溴酸根的量越大.2.2冷却水中的腐蚀问题利用臭氧处理的冷却水系统已经在化工、炼油、发电等领域中得到应用.这些冷却系统中所采用的材质各不相同,有碳钢、不锈钢、铜、水泥等.臭氧对碳钢、不锈钢因其钝化作用没有什么不利影响,如果采用铜材,则过高的游离臭氧(超过0.1mg/L),使稳定的一价铜氧化物有可能被氧化为二价铜氧化物,铜材会受到腐蚀[9].2.3臭氧技术单独使用其效能不佳臭氧发生器能耗高、臭氧产率低,臭氧浓度一般为10～33g/m3,对于高浓度的有机废水使用单独的臭氧氧化技术,耗时较长.如在含TOC为550mg/L的刚果红废水中,刚果红要经过4～5h的臭氧氧化才能达到最佳效果[10].3缓解制约因素的措施可以采用臭氧与其它方法的