臭氧氧化技术在水处理中的应用-欢迎访问福州大学环境.PDFVIP

臭氧氧化技术在水处理中的应用 张志刚 （福州大学环境与资源学院，福州 350002 ） 摘要：综述了近几年来臭氧氧化技术与其他水处理技术组合的高级氧化技术，包括超声强化 臭氧氧化技术、臭氧与活性炭协同作用处理技术、臭氧/过氧化氢、臭氧/紫外辐射和催化臭 氧化等技术在废水处理方面的应用。臭氧高级氧化技术的机理基于臭氧氧化与其他水处理技 术的组合，形成了氧化能力极强的羟基自由基，使各种污染物降解为二氧化碳和水。臭氧高 级氧化技术是废水处理的有效方法之一。 关键词：臭氧氧化；水处理；超声；活性炭；过氧化氢；紫外辐射；催化氧化 前言 臭氧由于其在水中有较高的氧化还原电位，常用来进行杀菌消毒、除臭、除味、脱色等， 在饮用水处理中有着广泛的应用。近年来，由于氯氧化法用于给水、循环水处理和废水处理 有可能产生三氯甲烷（THMs）等三致物质而受到限制，使臭氧在水处理中的作用受到了更多 的关注。但臭氧应用于废水处理还存在着一些问题，如臭氧的发生成本高，而利用率偏低， 使臭氧处理的费用高；臭氧与有机物的反应选择性较强，在低剂量和短时间内臭氧不可能完 全矿化污染物，且分解生成的中间产物会阻止臭氧的进一步氧化[1]。因此提高臭氧利用率 和氧化能力就成为臭氧高级氧化法的研究热点。臭氧的高级氧化技术（AOTs），也叫高级氧 化过程（AOPs），就是通过臭氧氧化与各种水处理技术组合，形成氧化性更强、反应选择性 较低的羟基自由基（其氧化还原电位2.80V ）。本文将对臭氧氧化技术以及近几年来臭氧的 各种组合技术在废水处理中的应用进行介绍。 1 臭氧的物理化学特性 臭氧O 是氧气O 的同素异形体，具有特殊“新鲜”气味的淡蓝色气体。低浓度下嗅了 3 2 使人感到清爽，当浓度稍高时，具有特殊的臭味，而且是有毒的。臭氧是极性分子，较易溶 于水，其在水中的溶解度比氧气大13倍，比空气大25倍。在无催化剂存在或紫外线照射，臭 氧会慢慢地分解分解成氧气，并发出大量热量，因此当其浓度在25 ％以上时，很容易发生爆 炸。但一般臭氧化空气中臭氧浓度不超过10％，故不会发生爆炸。 常温常压下，浓度1％的臭氧在空气中分解的半衰期为16h左右，随着温度的升高，分解 速度加快。温度超过100℃时，分解非常剧烈；达到270 ℃高温时，可立即转化为氧气。臭氧 在水中的分解速度比在空气中快得多。水中臭氧浓度为3mg/L时，其半衰期仅5～30min，所 以臭氧不易储存，需边产边用。 臭氧的氧化还原电位为2.07V ，仅次于氟，位居第二，故臭氧可以氧化与氧气不起反应 的无机物、有机物。O 在氧化时会产生的原子氧，原子氧具有很强的化学活性，所以O 氧 3 3 化性比O 强得多，被用于污水的处理和水的深度净化。 2 臭氧的制备方法大致有一下几种：无声放电法、放射法、紫外线法、等离子射流法和电 解法等，其中工业上最常见的是无声放电法。无声放电法合成臭氧就是将氧气或空气通过一 对高压（1～1.5万V ）交流电之间（间隙1～3mm ）形成的放电电场，在高速电子流的轰击下， 一部分氧分子转变为臭氧，其反应如下： O2 + eˉ → 2O + eˉ 3O → O3 O2 + O ↔ O3 2 臭氧净水的基本原理 臭氧之所以表现出强氧化性，是因为臭氧分子中的氧原子具有强烈的亲电子或亲质子 性，臭氧分解产生的新生态氧原子有很高的氧化活性，臭氧在水中还能形成具有强氧化作用 的羟基自由基HO·，不仅可以消毒杀菌，还可以氧化分解水中污染物。 2.1 臭氧氧化反应过程 臭氧与水中污染物的反应极为复杂，主要通过两条途径，即臭氧的直接反应和臭氧分解 产生的羟基自由基 HO·的间接反应。两者比较，直接反应有选择性，速度慢；间接反应无 0 选择性，HO·（E =2.8V）电位高，反应能力强，速度快，可引发链反应，使许多有机物彻底 降解。 直接反应：污染物+ O3→产物或中间物 间接反应：污染物+ HO·→产物或中间物 臭氧在水中可以发生下列反应：O →O+O ，O+H O→2HO·。