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臭氧化技术在水处理中的应用

             来源:新乡市锦程环保设备有限公司 阅读:796 更新时间:2009-09-02 14:22
臭氧(O3)技术于1905年应用于水处理,随着相关技术的进步,臭氧化法成本的降低,被普遍认为是很有发展前景的水处理方法。臭氧具有极强的氧化性,其氧化作用机理目前尚无肯定的研究结论,通常认为主要来自臭氧离解的·OH自由基,它是发生在水中的已知氧化剂中最活泼的氧化剂,它很容易通过基型反应将各种类型的有机物氧化。·OH自由基还可与其他物质如苯衍生物等形成二次氧化基(R·),它还能将碳酸盐或重碳酸盐离子氧化成可起三次氧化剂作用的碳酸根( )或重碳酸根( ),臭氧分子可离解成过氧化物高子( )的过羟基[3,4]。 1 臭氧化法的主要工艺 O3水处理工艺类型很多[5-7],主要有以下几种类型:①O3十生物活性炭法,②O3+混凝法,③O3+活性炭吸附法,④O3+活性污泥法,⑤O3+膜处理法,⑥O3+超声波法。 O3+生物活性炭法主要过程是:先往水中投加臭氧,其强氧化性使复杂有机物分子断链成小分子,从而易于生物降解,同时提高了水中溶解氧浓度。然后再进人生物活性炭装置,易降解有机物被活性炭富集,经好氧微生物氧化分解为CO2和H2O等。该工艺的特点是臭氧预处理提高了废水的可生化性,有机物的富集和富氧提高了生化反应速度;活性炭上的有机物生物降解又可恢复活性炭吸附性能。O3+混凝法基于O3对亲水性物质强烈的破坏力,当亲水性物质转变成疏水性时,混凝沉淀效果将大大改善。O3+活性炭吸附法是指:由于活性炭微孔孔隙小,限制了对大分子物质的吸附,O3可破坏物质分子结构,形成小分子,增大活性炭吸附容量。O3+活性污泥法的作用如同生物活性炭法,目的在于提高废水的可生化性。在O3+膜处理法中,O3常用在超滤(UF)的后处理上。在O3+超声波[8]处理法中,超声功率的增大可增加反应速度,O3通人量增大可加深生物反应程度,提高复杂有机物去除率。
臭氧单元处理[5-7]主要是催化氧化法,如碱催化氧化、光催化氧化和多相催化氧化等,具体处理方法有:①O3/H2O2,②O3/UV(紫外光),③O3/固体催化剂(金属及其氧化物,活性炭等)。从反应机理看:①属于碱催化臭氧化,②属于光催化臭氧化,③属于多相催化臭氧化。
碱催化臭氧化反应的途径是:通过OH-催化,生成·OH自由基,再氧化分解有机物,·OH基产生过程如下: O3+OH-→·O2+HO2,O3+·O2→O3+O2,·O3+H+→HO3·→·OH+O2 光催化氧化是以紫外线为能源,以臭氧为氧化剂,利用臭氧在紫外线照射下生成的活泼次生氧化剂来氧化有机物,Gary,P·Peyton等认为臭氧光解先产生H2O2,H2O2在紫外光的照射下又产生·OH基,进入·OH自由基循环: O2-+O3→·O3-+O2,·O3-+H+→HO3·→·OH+O2 利用光催化臭氧化法处理难降解有机物废水时,部分难降解有机物在紫外光照射下,提高了能级,处于激发状态,与·OH基发生羟基化反应,生成易于生物降解的新物质。
多相催化臭氧化是近几年发展起来的新技术,其金属催化的目的是促进O3的分解,以产生活泼的·OH自由基强化其氧化作用,常用的催化剂有CuO、Fe2O3、NiO、TiO2、Mn(II)等。
2 臭氧化法在水处理中的应用 常见的臭氧化法在水处理中的应用有:微污染源水深度处理,印染染料废水、含酚废水、农药生产废水、造纸废水、表面活性剂废水、石油化工废水等的处理。 2.1 微污染源水深度处理中的应用 经净水厂处理的微污染源水,水中有机物经氯化后会形成氯仿(CHCl3)等含氧有机物,常规水处理工艺 
 
不能去除有机磷农药和含氮有机物,采用生物活性炭(BAC)工艺就可达到深度处理的目的。其工艺为:
 
德国Southeimer及Duesseldorf首先将BAC技术用于净水工艺,目前欧洲水厂已普遭应用该技术。(臭氧投加量通常<4mg/L)。
源水中所含腐殖质会引起色度,常规方法难以去除。采用纤维TiO2作催化剂的O3+UV催化氧化可有特殊效果,反应接触时间30Min,去除率>92%。所需O3浓度与腐殖质结构有关。

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