廢水臭氧氧化處理法

用臭氧作氧化劑對廢水進行淨化和消毒處理的方法。臭氧具有很強的氧化能力，因此在環境保護和化工等方面被廣泛套用。

用臭氧氧化處理廢水所使用的是含低濃度臭氧的空氣或氧氣。主要的工藝設施由臭氧發生器和氣水接觸設備組成。臭氧氧化法主要用於水的消毒、去除水中酚、氰等污染物質，水的脫色、除去水中鐵、錳等金屬離子，除異味和臭味。

基本介紹

• 中文名：廢水臭氧氧化處理法
• 外文名：ozonation treatment of wastewater
• 氧化劑：臭氧
• 套用：環境保護和化工等方面
• 優點：反應迅速流程簡單，無二次污染
• 缺點：生產臭氧的電耗較高

簡史

1783年M.范馬倫發現臭氧；1886年法國的M.梅里唐發現臭氧有殺菌性能；1891年德國的西門子和哈爾斯克用放電原理製成臭氧發生裝置；1908年在法國尼斯分別建造了用臭氧消毒自來水的試驗裝置。50年代臭氧氧化法開始用於城市污水和工業廢水處理；70年代臭氧氧化法和活性炭等處理技術相結合，成為污水高級處理和飲用水除去化學污染物的主要手段之一。

工藝設施

用臭氧氧化法處理廢水所使用的是含低濃度臭氧的空氣或氧氣。臭氧是一種不穩定、易分解的強氧化劑，因此要現場製造。臭氧氧化法水處理的工藝設施主要由臭氧發生器和氣水接觸設備組成。大規模生產臭氧的唯一方法是無聲放電法。製造臭氧的原料氣是空氣或氧氣。原料氣必須經過除油、除濕、除塵等淨化處理，否則會影響臭氧產率和設備的正常使用。用空氣製成臭氧的濃度一般為10～20毫克/升；用氧氣製成臭氧的濃度為20～40毫克/升。這種含有1～4%(重量比)臭氧的空氣或氧氣就是水處理時所使用的臭氧化氣。

臭氧發生器所產生的臭氧，通過氣水接觸設備擴散於待處理水中，通常是採用微孔擴散器、鼓泡塔或噴射器、渦輪混合器等。臭氧的利用率要力求達到90%以上，剩餘臭氧隨尾氣外排，為避免污染空氣，尾氣可用活性炭或霍加拉特劑催化分解，也可用催化燃燒法使臭氧分解。

優缺點

臭氧氧化法的主要優點是反應迅速，流程簡單，沒有二次污染問題。但目前生產臭氧的電耗仍然較高，每公斤臭氧約耗電20～35度，需要繼續改進生產，降低電耗。同時需要加強對氣水接觸方式和接觸設備的研究，提高臭氧的利用率。

用途

臭氧氧化法主要用於：

①水的消毒：臭氧是一種廣譜速效殺菌劑，對各種致病菌及抵抗力較強的芽孢、病毒等都有比氯更好的殺滅效果。水經過臭氧消毒後，水的濁度、色度等物理、化學性狀都有明顯改善。化學需氧量(COD)一般能減少50～70%。用臭氧氧化處理法還可以去除苯並(a)芘等致癌物質。

②去除水中酚、氰等污染物質：用臭氧法處理含酚、氰廢水實際需要的臭氧量和反應速度，與水中所含硫化物等污染物的量和水的pH值有關，因此應進行必要的預處理。把水中的酚氧化成為二氧化碳和水，臭氧需要量在理論上是酚含量的7.14倍。用臭氧氧化氰化物，第一步把氰化物氧化成微毒的氰酸鹽，臭氧需要量在理論上是氰含量的1.84倍；第二步把氰酸鹽氧化為二氧化碳和氮，臭氧需要量在理論上是氰含量的4.61倍。臭氧氧化法通常是與活性污泥法聯合使用，先用活性污泥法去除大部分酚、氰等污染物，然後用臭氧氧化法處理。此外，臭氧還可分解廢水中的烷基苯磺酸鈉(ABS)、蛋白質、胺基酸、有機胺、木質素、腐殖質、雜環狀化合物及鏈式不飽和化合物等污染物。

③水的脫色：印染、染料廢水可用臭氧氧化法脫色。這類廢水中往往含有重氮、偶氮或帶苯環的環狀化合物等發色基團，臭氧氧化能使染料發色基團的雙價鍵斷裂，同時破壞構成發色基團的苯、萘、蒽等環狀化合物，從而使廢水脫色。臭氧對親水性染料脫色速度快、效果好，但對疏水性染料脫色速度慢、效果較差。含親水性染料的廢水，一般用臭氧20～50毫克/升，處理10～30分鐘，可達到95%以上的脫色效果。

④除去水中鐵、錳等金屬離子：鐵、錳等金屬離子，通過臭氧氧化，可成為金屬氧化物而從水中離析出來。理論上臭氧耗量是鐵離子含量的0.43倍，是錳離子含量的0.87倍。

⑤除異味和臭味：地面水和工業循環用水中異味和臭味，是放線菌、黴菌和水藻的分解產物及醇、酚、苯等污染物產生的。臭氧可氧化分解這些污染物，消除使人厭惡的異味和臭味。同時，臭氧可用於污水處理廠和污泥、垃圾處理廠的除臭。

聯合套用

與其他技術聯合套用

自從臭氧在水處理中套用以來，由於臭氧處理技術的設備和運行費用較高，儘管進行了廣泛的研究，但除了用於飲用水消毒外，其他的實際套用很少。近年來，由於在水處理實踐中遇到了諸如氯消毒副產物、難生物降解或有毒有害有機廢水的治理等缺乏有效的方法等困難，又隨著臭氧發生設備性能的提高，臭氧技術才重新得到了重視，並且改進和發展了臭氧水處理技術。

臭氧/活性炭技術

活性炭在反應中，可能如同鹼性溶液中·OH的作用一樣，能引發臭氧基型鏈反應，加速臭氧分解生成·OH等自由基。作為催化劑，活性炭與臭氧共同作用降解微量有機污染物的反應與其他涉及臭氧生成·OH的反應（如提高pH值、投加H₂O₂，UV輻射）一樣，屬於高級氧化技術。此外，活性炭具有巨大表面積及方便使用的特點，是一種很有實際套用潛力的催化劑。臭氧生物活性炭對有機物的去除包括臭氧氧化、活性炭吸附和生物降解等3個過程。

光催化臭氧氧化

光催化臭氧氧化（O₃/UV）是光催化的一種。即在投加臭氧的同時，伴以光（一般為紫外光）照射。這一方法不是利用臭氧直接與有機物反應，而是利用臭氧在紫外光的照射下分解產生的活潑的次生氧化劑來氧化有機物。臭氧能氧化水中許多有機物，但臭氧與有機物的反應是選擇性的，而且不能將有機物徹底分解為CO₂和H₂O，臭氧化產物常常為羧酸類有機物。要提高臭氧的氧化速率和效率，必須採用其他措施促進臭氧的分解而產生活潑的·OH自由基。自從20世紀70年代初，人們發現O₃/UV能有效處理氰化物廢水以來，對O₃/UV氧化方式進行了許多研究。研究證明，O₃/UV比單獨臭氧處理更有效，而且能氧化單純用臭氧難以降解的有機物。只有在酸性時，臭氧才是主要的氧化劑，中性及鹼性時氧化是按自由基反應模式進行的；在O₃/UV，O₃情形下，酚及TOC的去除率隨pH值升高而升高，在一定的pH值時，3種方法的處理效果為O₃/UV>O₃>UV。

臭氧/絮凝處理工藝

在臭氧氧化處理水中，很多研究者發現，臭氧能改變水中懸浮物的性質，從而改變絮凝操作單元的去除效果。實際效果主要表現在可以使水中懸浮顆粒變大；使處於溶解狀態的有機物變成可絮凝的膠體顆粒；提高隨後絮凝和過濾單元操作TOC和濁度的去除能力；可以減少絮凝劑的投加量，降低化學藥品的耗用量以及改善絮體的沉降性能與減少污泥的產生量等方面。

臭氧/膜處理工藝

近年來，膜在水處理中的套用已越來越廣泛，但在實際套用中也發現了一些問題。其中最為關鍵的是膜的污染問題，水中腐殖酸與多價金屬陽離子的作用及膠粒在膜上的吸附被認為是膜污染的根本原因。而臭氧對腐殖酸的反應活性較高，能將其降解為低分子量的羧酸和一些有醇類物質。Lozier等利用臭氧與反滲透膜相結合的工藝處理腐殖酸水體，結果發現，預臭氧化後再經膜處理時，膜的回洗周期極大地延長，而且壓力降也大大降低，這樣就節省了很多能耗。Dunn等在利用此工藝處理河水時也發現，預臭氧化不但能使膜的壓力降降低，而且出水的濁度也有所改善。

金屬催化臭氧氧化技術

金屬催化臭氧氧化是以固體狀的金屬（金屬鹽及其氧化物）為催化劑，從而加強臭氧氧化反應。金屬催化臭氧氧化是近幾年才發展起來的新型技術，從臭氧技術的發展來看，從一開始的鹼催化劑到光催化、金屬催化臭氧化，目的就是促進O₃分解，以產生自由基等活性中間體來強化臭氧化。儘管這種方法還有很多問題有待解決，但這是臭氧氧化的一種較新穎的方法。