廢水處理臭氧氧化技術(shù)

1、臭氧的物化性質(zhì)

臭氧屬于一種不穩定活潑氣體，在常溫狀態(tài)下其會(huì )有一個(gè)特殊的臭味，并且氣體呈現出淡藍色。臭氧在水中的氧化還原電位為2.07V，目前是僅次于氟的強氧化劑。臭氧應用于廢水處理中主要是利用了該特征。

就目前的情況來(lái)看，臭氧在水溶液中的分解速度要快于氣相中的分解速度。臭氧在水中分解主要是受到了溫度以及pH值影響，隨著(zhù)溫度的不斷升高，分解的速度也在逐漸的加快。當溫度達到了100℃以上時(shí)，分解就會(huì )非常的劇烈。當溫度達到了270℃以上時(shí)就會(huì )直接轉化為氧氣。pH值和分解速度也是成正比的關(guān)系。在常溫狀態(tài)下空氣中的分解半衰期的時(shí)間為15到30分鐘。

2、臭氧氧化機理

臭氧是一種強氧化劑，氧化能力要大大高于氯和二氧化氯。隨著(zhù)社會(huì )的不斷發(fā)展，對于水資源的要求也是越來(lái)越高，在一些發(fā)達國家已經(jīng)開(kāi)始使用臭氧等一些氧化技術(shù)進(jìn)行污水處理，從而能夠更好地確保水的質(zhì)量。

目前臭氧化過(guò)程主要包括兩個(gè)方面：一直接進(jìn)行臭氧反應。二間接進(jìn)行催化反應。

在直接進(jìn)行臭氧氧化反應的過(guò)程中主要采用兩種方式，即偶極加成反應以及親電取代反應。對于偶極加成反應主要是因為臭氧的具有偶極結構，因此在發(fā)生反應的過(guò)程中會(huì )和含不飽和鍵的有機物進(jìn)行加成反應，從而達到要求。對于親電取代反應主要是因為帶有吸電子基團的芳香族類(lèi)化合物，包括－COOH、－NO2、－Cl等基團，他們和臭氧很難進(jìn)行反應，因此在發(fā)生該類(lèi)反應的時(shí)候會(huì )具有一定的選擇性。通常情況下，臭氧直接氧化有機物最好是在酸性的條件下發(fā)生，其雖然反應非常慢，但是具有很好的選擇功能，氧化產(chǎn)物也為有機酸類(lèi)，再次發(fā)生氧化比較困難，同時(shí)每一個(gè)有機物的反應速度也相差很大。

雖然臭氧的氧化性非常強，但是因為具有很高的選擇性，因此在發(fā)生反應的過(guò)程中很難進(jìn)行污水的去除。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對于這方面的研究也是越來(lái)越多，在進(jìn)行臭氧水處理方面也不斷地進(jìn)行完善，目前會(huì )使用均相催化和非均相催化臭氧來(lái)達到有機物降解的目的。

間接催化反應主要是臭氧能夠直接或者是通過(guò)觸發(fā)反應、增殖反應以及終結反應產(chǎn)生的自由基氧化許多種化合物，對于每一種反應都會(huì )有不同的自由基產(chǎn)生。自由基和水中有機物反應的速度非?？?，同時(shí)不需要進(jìn)行選擇，在其中非常關(guān)鍵部分是羥基自由基。羥基自由基是最為常見(jiàn)的一種氧化劑，其氧化電極電位只小于氯，其優(yōu)點(diǎn)是能夠快速的和有機物發(fā)生反應，并且不需要進(jìn)行選擇，容易和氣不同位置的有機物進(jìn)行反應，產(chǎn)生易氧化的中間產(chǎn)物。對于這些自由基因為速度反應速度非?？?，目前反應的速率已經(jīng)達到了10⁶～10⁹L/mol?s，因此每一種有機物的催化臭氧反應速度都差不多，因此也就造成了自由基型反應選擇性低。

3、臭氧催化氧化技術(shù)處理廢水的影響因素

3.1 PH值的影響

水溶液中臭氧分解非常重要的一個(gè)影響因素是PH值，在發(fā)生O3和H2O2/O3反應體系中，需要合理的控制PH值，因為如果pH值太低會(huì )直接影響到臭氧氧化反應，使得反應具有一定的選擇性，不能有效的將有機物的去除，隨著(zhù)PH值的不斷增加，溶液中的OH-不斷增加，其也會(huì )進(jìn)一步加強氧化能力的反應，不斷提高整體的反應效率。但是因為PH值過(guò)高，會(huì )使得其中存在OH捕獲劑，消耗其中的羥基自由基，從而對整個(gè)過(guò)程的有機污染物的氧化產(chǎn)生很大影響。

在非均相催化臭氧化體系中，溶液的pH值會(huì )直接對其中的一些催化劑的性質(zhì)產(chǎn)生影響，從而使得OH產(chǎn)生途徑發(fā)生變化，如下：

當羥基基團受到中性或者負電荷的影響，會(huì )直接成為臭氧降解產(chǎn)生OH的活性位點(diǎn)，當PH值接近催化劑的等點(diǎn)時(shí)，會(huì )充分的發(fā)揮出催化氧化體系的具有的優(yōu)點(diǎn)。但是這個(gè)時(shí)候需要充分的控制PH值，如果其太高會(huì )直接使得促使其中的發(fā)生臭氧分解，使得整體催化劑表面羥基基團的密度受到影響，會(huì )使得整體的催化效率大大降低。

3.2 臭氧投加量、投加方式、反應器的影響

在發(fā)生反應的時(shí)候臭氧用量不斷增加，會(huì )使得氣液界面產(chǎn)生很大影響，使得整體過(guò)程中的氣膜阻力受到影響，增加臭氧濃度。臭氧濃度太高會(huì )使得氣液傳質(zhì)速率大大降低，降低了整體的臭氧利用率，增加了應用成本。

在整個(gè)反應過(guò)程中臭氧的投加方式也是非常重要的部分，其直接影響著(zhù)整個(gè)反應過(guò)程，肖春景等使用Ni-Cu-Mn-K/AC催化臭氧化深度處理煉化廢水，得到了在進(jìn)行臭氧的投加的時(shí)候選擇使用分段投加的方法最好，該方法在投加的過(guò)程中需要有效的控制比例，即6:3:1，這個(gè)時(shí)候COD的去除率也能夠得到提高。

通過(guò)處理微氣泡臭氧催化氧化，能夠進(jìn)一步提高廢水的COD去除率，能夠充分的利用臭氧利用率。一般情況下使用該種方法進(jìn)行預處理的時(shí)候會(huì )有效的和別的方法進(jìn)行結合，例如曝氣生物濾池（BAF），從而能夠進(jìn)一步提高廢水有機物的去除效率，同時(shí)也能夠確保后期工作的有序開(kāi)展。

3.3 溫度的影響

通過(guò)阿侖尼烏斯公式（式3），能夠進(jìn)一步提高整體溫度，同時(shí)也能夠進(jìn)一步提高反應速率，確保臭氧催化氧化反應能夠有效的開(kāi)展。在這個(gè)過(guò)程中溫度的不斷升高，臭氧的溶解度也在不斷降低，從而會(huì )進(jìn)一步降低氣液傳質(zhì)推動(dòng)力，降低速率?？梢灾罍囟鹊纳吆头磻俾逝c氣液傳質(zhì)速率存在反比。在實(shí)際應用中需要有效的進(jìn)行廢水溫度的調節，其會(huì )進(jìn)一步增加消耗率，因此對于每一種催化反應體系，其都需要結合實(shí)際情況進(jìn)行操作。

4、臭氧氧化技術(shù)在廢水處理中應用

4.1 在煉油廢水處理中的應用

使用臭氧催化氧化技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗研究，能夠進(jìn)一步調控整體的去污效果。

就目前的情況來(lái)看，雙膜工藝已經(jīng)得到了廣泛應用，其被應用于深度處理中，但是因為其濃水鹽含量不斷升高，從而進(jìn)一步增加了處理難度。而自制的催化劑及其臭氧催化氧化反應器與雙膜裝置組合深度處理煉油得到了很好的效果，并結合實(shí)際情況進(jìn)行工業(yè)化裝置確定，從而能夠使其滿(mǎn)足相關(guān)要求。

4.2 在工業(yè)廢水處理中的應用

4.2.1 在有機廢水處理中的應用

目前會(huì )選擇研究含染料中間體和醫藥中間體為主的精細化工有機廢水，其主要是針對其中處理效率低問(wèn)題進(jìn)場(chǎng)實(shí)驗控制，對其中的反應條件進(jìn)行有效選擇，對于其中的COD去除率、脫色率、BOD5/COD等指標方面進(jìn)行研究。從結果中可以知道，Mn/C協(xié)同臭氧的效果是最好的，其在時(shí)間消耗少，在這個(gè)過(guò)程中pH值達到9，同時(shí)香港去除效率也達到了91．6%和34．9%。通過(guò)分析我們可以知道，因為臭氧氧化會(huì )使得廢水中的不飽和集團進(jìn)行破壞，是化合物進(jìn)行轉換。通過(guò)處理后會(huì )金玉比提高原水的BOD5/COD，對于后續的生物處理具有非常重要的作用。

4.2.2 在印染廢水處理中的應用

將堇青石蜂窩陶瓷、硅藻土、活性氧化鋁和活性炭作為整體實(shí)驗的載體，其中的主要成分是FexOy、CuO、NiO、MnxOy、BaO，然后將其進(jìn)行實(shí)驗對比，同時(shí)重點(diǎn)分析載鐵型活性炭催化劑臭氧催化氧化印染廢水方面。從研究結果中可以知道，載鐵型的催化劑具有很大的活性，當焙燒溫度達到了750℃的時(shí)候，其催化性能達到最佳狀態(tài)。

4.3 在食品工業(yè)廢水處理中的應用

通過(guò)分析食品工業(yè)廢水的研究可以知道，其水質(zhì)變化非常大，因此提出了“水解酸化－接觸氧化－臭氧催化氧化－曝氣生物濾池(BAF)”的組合工藝。廢水COD逐漸的下降，從2000～7000mg/L到100mg/L，并一直處于下降狀態(tài)，直到達到相關(guān)標準。從實(shí)驗中可以知道，水解酸化系統和臭氧催化氧化(負載MnO2的陶粒為催化劑)－曝氣生物濾池深度處理系統是確保該系統運行非常關(guān)鍵的部分，需要重點(diǎn)加強研究。