臭氧氧化技術在水處理中的應用

摘要：介紹臭氧氧化技術的發展和特點，論述了臭氧聯合技術及其在處理工業污水中的應用，並概述了臭氧氧化技術的發展現狀及趨勢。

臭氧是一種發現較早的物質，具有較強的氧化性和可消毒性，但由於價格高於普遍使用的氯氧化劑，所以沒有被廣泛使用。隨著人們發現氯具有對味道的破壞，氯酚、氯胺的產生，以及產生高揮發性鹵代烴等缺點，臭氧又有了被得以使用的新空間。人們發展了臭氧生產技術，尋找到了新的工藝流程。同時，臭氧的應用領域、化學性質以及反應物也得到進一步的研究。

1、臭氧氧化技術的發展及特點

臭氧具有很強的氧化性，可以氧化多種化合物，因此，臭氧氧化技術在水處理中被廣泛應用。

臭氧氧化技術具有如下特點：

（1）臭氧不僅有很好的快速殺菌、消毒性質，而且具有極高的氧化有機和無機化合物的氧化力，可去除其它水處理工藝難以去除的物質。

（2）臭氧的反應完全、速度快，從而可以減小構築物體積。

（3）剩餘臭氧會迅速轉化為氧氣，能增加水中溶解氧，效率高，不產生污泥，不造成二次污染。

（4）在提高凈化效果、殺菌、消毒的同時，可除嗅、除味。

（5）製備臭氧用的電和空氣不必儲存和運輸，臭氧化裝置佔地小，運行操作管理簡單，特別適用干原有水廠的提高水質和水量。

2、臭氧聯合技術

臭氧聯合技術比較多，一般可分為以下幾種：臭氧超聲波法、臭氧活性污泥法、臭氧膜處理法、臭氧混凝法、臭氧生物活性炭吸附法。這些方法對不同的廢水各有優缺點，因此根據廢水中難降解物質和有毒物質的不同而選用不同的工藝才能達到較好的效果。下面簡單介紹臭氧超聲波法和臭氧生物活性炭吸附法。

2.1臭氧/超聲波法

超聲波能有效地降解廢水中的難降解有機污染物，將超聲波與臭氧進行聯合使用，可以提高降解有機物的效率，降低運行成本。在l976 年，DAHI就已經發現超聲波能夠強化處理臭氧廢水過程，他利用20kHz 超聲波強化臭氧氧化處理生物污水處理廠的出水時發現，這種技術可減少50%的臭氧投加量。

2.2 臭氧/生物活性炭吸附法

臭氧生物活性炭工藝（O3 - BAC）是將臭氧化學氧化和活性炭物理、化學吸附以及生物氧化降解技術合為一體的工藝。該工藝具有處理費用低、有機物去除效率高、效果穩定等特點。

原水經過臭氧氧化，可以將大分子有機物分解成小分子有機物，提高有機物的可生化性並提供充足的氧氣，從而使這些有機物更易被活性炭吸附，被吸附的有機物又為維持炭床中微生物的生命活動提供了營養；同時，由於供氧充分，好氣微生物在活性炭表面上繁殖生長成生物膜，來降解吸附的小分子有機物。這就使得炭床上活性炭吸附和微生物降解同時進行，從而大大延長了活性炭的工作周期和效率。

3、臭氧聯合技術在工業廢水處理中的應用

3.1 醫藥廢水的處理

大多醫藥廢水COD 較高、可生化性差，單純靠物理化學方法處理成本高不經濟，普通的生化處理又根本行不通，所以可以先用臭氧預處理，主要是為了提高廢水的可生化性，為後續生物處理降低難度，同時降低COD。

3.2 對印染廢水的處理

印染廢水對環境的污染很嚴重，其水量大、水質波動大、污染物成分複雜且含量高，色度、化學需氧量（COD）和生化需氧量（BOD）均較高，是國內外難處理的工業廢水之一。臭氧氧化技術是利用臭氧分子反應選擇性強，能與含雙鍵的染料直接發生加成反應，使染料開環脫色，並提高廢水的可生化性。此外，臭氧在紫外線（UV）作用下，轉化為·OH等強氧化性物質，與有機物反應，使染料的發色基團中的不飽和鍵斷裂，生成相對分子質量小、無色的有機酸、醛等，達到脫色和降解有機物的目的。利用O3/UV 氧化與常規生化組合，先利用生化法將可生化有機物大部分去除，剩餘不可生化污染物用O3/UV 氧化，以降低臭氧的消耗及處理成本，提高出水水質。

3.3 對含酚廢水的處理

含酚廢水是比較普遍且危害性很嚴重的工業廢水之一，酚是一種公認的致癌、致畸、致變的「三致」 物質，處理工業含酚廢水已是工業廢水方面急待解決的問題之一。研究表明，對於含酚量為227mg/L，pH 值為7.3-7.6，水溫為13-40C的焦化廠廢水，經過臭氧氧化處理後，水中的含酚量降低了98%。

3.4 對垃圾滲濾液的處理

垃圾滲濾液是一種污染性極強的高污染物含量有機廢水，其中有機污染物高達77種，其中促癌物、輔致癌物5 種，被列入我國環境優先控制污染物「 黑名單」。並且垃圾滲濾液對周邊環境、填埋場土層及地下水都會造成極大的污染。馮旭東等人採用生物- 臭氧氧化技術對垃圾滲濾液進行處理研究，實驗表明，經臭氧氧化後，可以有效降低垃圾滲濾液生物處理出水的CODOF 值；垃圾滲濾液生物處理出水臭氧氧化後，其生物降解性隨氧化時間的增加存在極值，結合處理的經濟性可以採用生物- 臭氧- 生物的聯合技術處理垃圾滲濾液。

4、臭氧技術的發展現狀及趨勢

（1）隨著臭氧技術在水處理方面的廣泛應用，人們認識到，臭氧技術的關鍵在於它與水中污染物的反應機理，這方面目前尚未有明確的定論，仍在進一步研究當中。

（2）臭氧的產生效率與電源的頻率呈正向增長關係，提高臭氧發生電源頻率一直是研究的重要方向。目前國際標準型臭氧發生器產品，電源頻率最高為20 kHz 左右。

（3）由於臭氧的強氧化性、強腐蝕性及有毒性，所以處理工藝元件的材料必須用高耐腐蝕抗氧化材料，這就使得臭氧處理成本增高，不利於臭氧技術的廣泛推廣，因此如何降低臭氧處理技術的成本成為目前臭氧技術研究的主要工作之一。

（4）目前臭氧發生器的發展趨勢是體積越來越小，能耗越來越低，電能轉化率越來越高，產率越來越高，其控制的自動化程度越來越高，臭氧應用越來越廣，同時產業發展也加快。

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