臭氧氧化技术在废水处理中的应用

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1、环境工程概论 论 文臭氧氧化技术在废水处理中的应用姓名：学号：班级：给水1001学院：环境学院臭氧氧化技术在废水处理中的应用随着基础工业的迅猛发展，水质污染日益严重和可利用水资源减少，人们越来越重视污 水回用技术的应用。工业的发展和人口的集中，来自家庭、机关、商业和城市公共设施的生活污水量及所含 的污染物种类不断增加其中主要是粪便和洗涤污水。这些污水排入水体后往往会传染疾病， 而且会造成水体中悬浮物数量和生化需要氧量越来越高，水体缺氧，水生生物灭绝。臭氧具有极强的氧化性和杀菌性能，是自然界最强的氧化剂之一，常用来进行杀菌消毒、 除臭、脱色等。臭氧对印染废水有很好的脱色效果，而且能有效提高可生化

2、性，但是单独的 臭氧氧化利用率低，因氧化产物通常为小分子的羧酸、酮和醛类等，不能彻底降解为CO2、 H2O和无机物，所以臭氧在印染废水处理中的应用一般是辅助以化学和物理方法使其形成高 级氧化体系，或者采用臭氧氧化技术与生物处理的组合工艺。臭氧是国际公认的绿色环保型杀菌消毒剂，消毒效率高，对各种病毒、细菌均有很强 的杀灭能力，它还能除味、脱色，改善水质。而且没有二次污染。（一）、臭氧处理技术被认为是未来水处理领域的新兴技术。一、臭氧的产生原理氧气在电子、原子能射线、等离子体和紫外线等射线流的轰击下能 分解为氧原子。这种氧原子极不稳定，具有高活性，能很快和氧气结合成三原子的臭氧。 目前.生产臭氧的

3、方法大致有：无声放电法、核辐射法、紫外线法（低压汞灯）、等离子体射 流法和电解法等。电晕放电是利用高速电子轰击干燥氧气，使其分解为氧原子。高速电子 具有足够的动能（67ev），通过氧原子与氧气及其它任何气体分子三体碰撞，反应形成臭 氧。工业中常采用在空气或氧气中无声高频高压沿面放电产生臭氧。当以空气作为气源时， 产生臭氧的浓度为1020g/m3，电耗为1妇臭氧/16。8kwh；以氧气为气源时。臭氧 的浓度可增加28倍，而电耗减半。电解法是一种利用直流电源电解含氧电解质产生臭氧的 方法。含有水化荧光阴离子电解质的水溶液在室温下用高电流动功率可将其氧化成。此种 方法产生的臭氧浓度高，成分纯净，在水

4、中溶液度高。紫外线辐射法是利用低压汞灯辐射产 生，此方法简单.产生臭氧浓度低、适用于实验室；其优点在于对温度不敏感，易于通过对 汞灯功率的线性控制来控制臭氧的产量。二、臭氧的物理化学性质臭氧在常温下为蓝色气体。有刺激性特殊气味；液态时为蓝黑 色，熔点为一 192.5O.4C=（760mmH 曲，沸点为一 111.9+0.3Cc760mml-I 曲，气体密度 2144g/L，溶解度为O.68g/I_.，溶解系数为032。理论上臭氧的溶解度随温度的升高 而降低.它对紫外线的最大吸收波长为254nm，工作环境中允许的最大浓度TCVW0.1。臭氧 是一种 强氧化剂，蒸气的还原电位在酸性介质中为一2.0

5、7V，在碱性介质中为一 124V。臭 氧在水中的分解速度很快.在含有杂质的水溶液中能迅速回复到氧气的状态，其衰期为 530rain.若水温接近0C时能更稳定些。研究表明。臭氧在水中的分解速度随水温和pH 值的提高而加快，由于臭氧具有强氧化性，因此能与除了金、铂外的所有金属发生反应， 能氧化许多有机物，极易与一 SH、=s、一 NH、=NH、一 OH和一 CHO等反应；与芳香族化合 物也能反应.但速度慢些：对于脂肪族化合物几乎没有效果。基于臭氧能氧化金属的原因， 因此在实际的生产中常使用含25%的铬铁合金来制造臭氧发生设备.而且在发生设备和计 量设 备中，不能用普遍的橡胶作密封材料，必须采用耐腐

6、蚀的硅胶或者耐酸橡胶。（二）、臭氧在污水处理中的应用1、饮用水的消毒和深度处理臭氧在饮用水中的应用已有百年的历史，早在1893年.荷 兰建立了世界上 第一座臭氧处理饮用水的装置.对RJ曲e河水进行消毒处理。饮用水的处 理不仅要能有效的消毒杀菌，而且必须去除微污染物质。在传统的饮用水处理工艺中大多使 用氧气或次氯酸钠作为消毒剂和氧化剂。氯能有效杀灭水中的细菌.但近年来发现氯处理产 生的一些副产物如三氯甲烷等有机卤代物具有一定的毒性，甚至有致癌、致畸、致突变作 用。为此.饮用水的臭氧处理技术受到重视和深入研究。研究表明臭氧不仅具有很强的消毒 杀菌作用，还可以氧化去除水中的微污染物质.这些 微污染物

7、往往难以生物降解，如腐殖酸、 农药、氯代有机物等。而且臭氧氧化较为彻底.较少产生副产物。2、水体的除臭脱色废水中的有机或无机物含有硫和氮是引起臭味的主要原因.当投加 12mg/L低浓度的臭氧于废水中时。就可氧化这些物质起到除臭效果。值得提的是臭 氧作了脱除异昧外.还可防止异味的再产生。这是由于臭氧发生器产生的气体中含有大量的 氧气或空气，而产生臭味的物质易在缺氧环境下导致发臭，若采用臭氧处理时，在氧化除臭 的同时，形成了富氧环境.可阻止臭味的再产生。臭氧对水体中的着色有机物具有氧化分解 作用.微量的臭氧就能起到良好的效果。着色有机物一般是具有不饱和键的多环有机物，用 臭氧进行处理时能够打开不饱

8、和化学键，使分子断键.从而使水变清。国内已开展了利用臭 氧对印染废水脱色处理的基础性研究工作。3、废水中无机和有机污染物质的奥氧化处理工业废水中最先采用臭氧化法处理的是含 氰废水和台酚废水。氯化物经臭氧氧化后生成的氰酸盐其毒性仅为氰化物的1 / 100左右， 甚至可进一步氧化成无害化物质。用臭氧处理铁氰铬合盐则比较困难，但对其他氰铬量的铜 离子能促进臭氧对氰的分解。臭氧还可用于处理含金属离子废水，将存在于废水中的金属离 子氧化为不溶于水的化合物。臭氧能与各市地多有机物或官能团发生反应.如c=c、c苫c、 芳香化合物、杂环化合物、N=N、c； N、一 OI-l、一 SH、一 NH2、一 cH等。

9、臭氧破坏和去 除废水中污染物的作用已被广泛研究。对有机物臭氧化的产物也进行了一些研究，臭氧化 产物主要是一元醛、二元醛、醛酸、一元羧酸、二元羧酸等有机小分子。3.4臭氧在冷却水 处理中的应用臭氧具有杀菌、缓蚀和阻垢的功效.可代替传统的化学药剂处理循不冷却水， 而且处理费用低于化学药剂处理方法，处理后无二次污染问题。美国自20世纪70年代末 开始研究臭氧对冷却水的处理，至今已成功用于130多座冷却塔.最大的循环水量达1000m /h.运行情况良好。应当注意的是，腐蚀和生物结垢的防止主要取决于系统中水的化学性 质，臭氧处理能够有效的防腐蚀，抗生物结垢，但不应过分依糊于臭氧处理，在实际应用中 要注意

10、水质的变化。4结语臭氧技术的发展已有100多年的历史，在水处理方面也得到了 广泛的研究和应用。随着科学技术的发展，与臭氧发生器相关的电源、介电体材料、气源制 备与控制、检测等诸多方面的改善，将有效提高臭氧的产量，降低能耗。同时，对臭氧在 水处理方面的研究也将会有新的突破和进展。想信大型臭氧发生器将被广泛应用于我国的水 处理行业中，结社会带来健康和清洁。（三）、臭氧氧化法在难降解有机废水中的应用实例1、纺织印染废水处理纺织印染行业是工业废水排污大户，印染废水具有水量大、有机污染物含量高、色度深、 碱性大、水质变化大等特点，属难处理的工业废水。随着印染新工艺、新原料、新染料、新 助剂的不断开发和应

11、用，使得生产过程中排放的废水中污染物变得越来越复杂。处理的难度 也在不断增大，传统的二级处理已经不能适应废水治理和回用的要求。针对印染废水色度高 和可生化性差的特点，目前采用臭氧进行脱色和提高可生化性的研究和应用越来越多。臭氧 进行深度处理在去除色度和COD方面有显著的效果，并已广泛应用于印染废水处理。S. Liakou等阐明了臭氧氧化是将有机染料转化为易生物降解有机酸的一种有效途径，指出 草酸盐、苯磺酸、甲酸盐等是臭氧氧化的中间产物，并建立了一种数学模型来描述偶氮染料 的消除过程，COD和BOD在印染废水中的变化等。卢宁等对印染废水采用臭氧处理.结果发 现臭氧对含有GBC枣红基染料的印染废水

12、的色度和CODcr去除率分别达94%和72%，出水 的pH值趋于中性。危想平等人?采用臭氧、活性炭、臭氧一活性炭对染色残液进行脱色对比 试验，研究表明臭氧一活性炭法有助于使溶液的CODcr去除率由单独臭氧处理的27%上升 至92%，对色度的去除率也接近100%。2、造纸废水处理目前我国造纸废水处理大多采用的是混凝沉淀法,CODcr的去除率在59.9%73. 1% , BOD的去除率在60%70%,各项指标基本可达到GB3544-1992规定的国家二级排放标准， 但较难达到一级排放标准51。而增加臭氧深度处理技术取得了令人满意的效果。吴忆宁等 考察了臭氧氧化对造纸废水中COD的去除率和BOD /

13、 COD比值的影响，通过实验证明臭氧氧 化可以彻底氧化造纸废水中部分有机物质为COD和H2O,同时也能增加造纸废水的可生化性， 而且随着投加量的增加，去除效果也随之增加。H. -J. Oeller等利用臭氧氧化某造纸废水 厂生物处理后的二级出水.结果显示残留的COD和TOC的去除率分别高达82%和64%。 BOD5/COD由最初的0. 05上升为0. 23，提高了生物可降解性。同时指出温度的变化对COD 的去除率无明显的影响。ZhouH.等在研究臭氧氧化牛皮纸废水的运行参数时发现臭氧去除 色度和AOX化合物是非常有效的。当臭氧消耗量为235mg / L时.色度和AOX的去除率分 别为80%和4

14、0%。臭氧的这种有效性只取决于臭氧的利用率，而与气体流速、进水臭氧浓 度、反应器的构造等无关。3、垃圾渗滤液处理垃圾渗滤液是一种污染性极强的高浓度有机废水.含有机污染物高达77种，其中促癌 物、辅致癌物5种，被列入我国环境优先控制污染物“黑名单”9-10。垃圾渗滤液对周边 环境、填埋场土层及地下水都会造成极大的污染。冯旭东等？采用生物一臭氧氧化技术对垃 圾渗滤液进行了研究。结果表明，当臭氧流量为0. 4Lmin时，废水中的COD由900mg / L 降为550mg / L以下，其BOD5 / COD在0. 28上下波动。生物降解性大大提高。傅平青等以 水玻璃、硫酸、硫酸铝和废铁屑为原料研制出的

15、聚硅酸硫酸铝铁类混凝剂(PSAFCS)，结合臭 氧氧化处理某垃圾填埋场渗滤液。实验结果表明.经过该处理工艺。垃圾渗滤液CODcr的去 除率达70. 6%，BOD的去除率达75. 4%，色度去除率为94%，其水质已经基本接近我 国生活垃圾填埋场污染控制二级标准。德国的Wenzel等13的实验表明，用UV / O3法处理 垃圾渗滤液中的难降解有机物效果明显，其中苯酚碳氢化合物的降解率达到了 100%，联苯 的降解率为96%，二氧(杂)芑和呋喃的降解率在74%以上。4、炼油废水处理炼油厂污水是一种难处理的工业废水.国外很多炼油厂污水一般有三级或深度处理工艺。 因此其出水水质好。水的重复利用率高。但是

16、在国内，利用臭氧的氧化机理对废水中石油类 污染物进行深度处理的研究还比较少。炼油废水中的有机物多为石油裂解物质和烃类衍生物， 对这类污染物质多采用“隔油一气浮一生化”的处理方法，处理达标后一般直接排放。若能 对污水进行深度处理.则可实现炼油废水的重复利用，减少水资源的浪费。赵东风等通过二 期炼油污水深度处理中试验研究表明，以炼油企业二级处理达标排放污水为处理对象，采用 臭氧一生物活性炭工艺处理水量0. 5m /h、水力停留时间1. 49h的污水，COD、氨氮、石 油类的浓度变化分别为 44. 07102. 13mg/L、28. 3750. 01mg / L、4. 106. 77mg / L时，平均去除率分别达到94%、96. 1%、91. 9%，出水符合循环水补充水水质要求。 戴文军等15提出了一种经济合理的炼油污水深度处理工艺浮选一生物过滤一臭氧催化氧 化一高效过滤”.对辽河石化分公司污水场生化二沉池出水进行了中试处