對(duì)臭氧化法在水處理中的應(yīng)用

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1、臭氧化法在水處理中的應(yīng)用張林生楊廣平王薇(東南大學(xué)環(huán)境工程系江蘇南京210096）摘要臭氧具有極強(qiáng)的氧化能力，其綜合處理技術(shù)應(yīng)用在含有許多難降解有機(jī)物及有毒有害物廢水的處理工藝中，具有特殊的功效。關(guān)鍵詞臭氧化法催化氧化水處理臭氧(O3)技術(shù)于1905年應(yīng)用于水處理，隨著相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，臭氧化法成本的降低，被普遍認(rèn)為是很[1,2]有發(fā)展前景的水處理方法。臭氧具有極強(qiáng)的氧化性，其氧化作用機(jī)理目前尚無肯定的研究結(jié)論，通常認(rèn)為主要來自臭氧離解的·OH自由基，它是發(fā)生在水中的已知氧化劑中最活潑的氧化劑，它很容易通過基型反應(yīng)將各種類型的有機(jī)

2、物氧化。·OH自由基還可與其他物質(zhì)如苯衍生物等形成二次氧化基(R·)，它還能將碳酸鹽或重碳酸鹽離子氧化成可起三次氧化劑作用的碳酸根（）或重碳酸根()，臭氧分子可離解[3，4]成過氧化物高子(）的過羥基。1臭氧化法的主要工藝[5-7]O3水處理工藝類型很多，主要有以下幾種類型：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+膜處理法，⑥O3+超聲波法。O3+生物活性炭法主要過程是：先往水中投加臭氧，其強(qiáng)氧化性使復(fù)雜有機(jī)物分子斷鏈成小分子，從而易于生物降解，同時(shí)提高了水中溶解氧濃度。然后再進(jìn)人

3、生物活性炭裝置，易降解有機(jī)物被活性炭富集，經(jīng)好氧微生物氧化分解為CO2和H2O等。該工藝的特點(diǎn)是臭氧預(yù)處理提高了廢水的可生化性，有機(jī)物的富集和富氧提高了生化反應(yīng)速度；活性炭上的有機(jī)物生物降解又可恢復(fù)活性炭吸附性能。O3+混凝法基于O3對(duì)親水性物質(zhì)強(qiáng)烈的破壞力，當(dāng)親水性物質(zhì)轉(zhuǎn)變成疏水性時(shí)，混凝沉淀效果將大大改善。O3+活性炭吸附法是指：由于活性炭微孔孔隙小，限制了對(duì)大分子物質(zhì)的吸附，O3可破壞物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)，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，目的在于提高廢水的可生化性。在O3+膜處理法[8]中，

4、O3常用在超濾(UF)的后處理上。在O3+超聲波處理法中，超聲功率的增大可增加反應(yīng)速度，O3通人量增大可加深生物反應(yīng)程度，提高復(fù)雜有機(jī)物去除率。[5-7]臭氧單元處理主要是催化氧化法，如堿催化氧化、光催化氧化和多相催化氧化等，具體處理方法有：①O3／H2O2，②O3／UV(紫外光)，③O3／固體催化劑(金屬及其氧化物，活性炭等)。從反應(yīng)機(jī)理看：①屬于堿催化臭氧化，②屬于光催化臭氧化，③屬于多相催化臭氧化。中國(guó)城鎮(zhèn)水網(wǎng)-堿催化臭氧化反應(yīng)的途徑是：通過OH催化，生成·OH自由基，再氧化分解有機(jī)物，·OH基產(chǎn)生過程如下：-+O3+OH

5、→·O2+HO2，O3+·O2→O3+O2，·O3+H→HO3·→·OH+O2光催化氧化是以紫外線為能源，以臭氧為氧化劑，利用臭氧在紫外線照射下生成的活潑次生氧化劑來氧化有機(jī)物，Gary，P·Peyton等認(rèn)為臭氧光解先產(chǎn)生H2O2，H2O2在紫外光的照射下又產(chǎn)生·OH基，進(jìn)入·OHhttp://www.chinacitywater.org自由基循環(huán)：---+O2+O3→·O3+O2，·O3+H→HO3·→·OH+O2利用光催化臭氧化法處理難降解有機(jī)物廢水時(shí)，部分難降解有機(jī)物在紫外光照射下，提高了能級(jí)，處于激發(fā)狀態(tài)，與·OH基發(fā)

6、生羥基化反應(yīng)，生成易于生物降解的新物質(zhì)。多相催化臭氧化是近幾年發(fā)展起來的新技術(shù)，其金屬催化的目的是促進(jìn)O3的分解，以產(chǎn)生活潑的·OH自由基強(qiáng)化其氧化作用，常用的催化劑有CuO、Fe2O3、NiO、TiO2、Mn(II)等。2臭氧化法在水處理中的應(yīng)用常見的臭氧化法在水處理中的應(yīng)用有：微污染源水深度處理，印染染料廢水、含酚廢水、農(nóng)藥生產(chǎn)廢水、造紙廢水、表面活性劑廢水、石油化工廢水等的處理。2.1微污染源水深度處理中的應(yīng)用經(jīng)凈水廠處理的微污染源水，水中有機(jī)物經(jīng)氯化后會(huì)形成氯仿(CHCl3)等含氧有機(jī)物，常規(guī)水處理工藝不能去除有機(jī)磷農(nóng)藥

7、和含氮有機(jī)物，采用生物活性炭(BAC)工藝就可達(dá)到深度處理的目的。其工藝為：德國(guó)Southeimer及Duesseldorf首先將BAC技術(shù)用于凈水工藝，目前歐洲水廠已普遭應(yīng)用該技術(shù)。(臭氧投加量通常<4mg／L)。源水中所含腐殖質(zhì)會(huì)引起色度，常規(guī)方法難以去除。采用纖維TiO2作催化劑的O3+UV催化氧化可有特[9]殊效果，反應(yīng)接觸時(shí)間30Min，去除率>92％。所需O3濃度與腐殖質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)。2.2印染染料廢水處理中的應(yīng)用印染染料廢水含有高濃度的人工合成有機(jī)高分子染料，采用一般的物理化學(xué)或生物方法很難滿足處理要求，而采用臭氧化法

8、可取得良好的處理效果。一般來說，臭氧對(duì)直接染料、酸性染料、堿性染料、活性染料等親水性染料的脫色速度較快，效果較好；對(duì)分散染料、還原染料、硫化染料等疏水性染料的脫色速度較慢，效果較差且臭氧用量大。Saunders等研究證明，在多種可溶性染料共存的廢水中，染料對(duì)臭氧