谷穎

(邯鄲市市政污水處理有限責任公司，河北 邯鄲 056002)

1.概述

臭氧是氧的同素異形體，由三個氧原子組成，具有獨特的腥臭味，呈現出淡藍色。臭氧很不穩(wěn)定，在常溫下30分鐘左右即可分解為氧氣。臭氧、氯和過氧化氫的氧化勢(還原電位)分別是 2107、1136、1128 伏特，三者相比臭氧的氧化能力最強。它可導致不飽和的有機分子斷裂，使臭氧分子結合在有機分子的雙鍵上，生成臭氧化物。臭氧化物的自發(fā)性分裂產生一個羧基化合物和帶有酸性和堿性基的兩性離子，后者不穩(wěn)定，可分解成酸和醛。

2.臭氧的性質及產生

2.1 臭氧的物理化學性質

臭氧在常溫下為藍色氣體，有刺激性特殊氣味；液態(tài)時為藍黑色，熔點為-192.5±0.4℃ (760mmHg)， 沸 點 為-111.9 ±0.3℃ (760 mmHg)，氣體密度 2.114g/L，溶解度為 0.68g/L，溶解系數為0.32。理論上O3的溶解度隨溫度的升高而降低，它對紫外線的最大吸收波長為254nm，工作環(huán)境中允許的最大濃度TCV≤0.1×10-6。臭氧是一種強氧化劑，O3-O2蒸氣的還原電位在酸性介質中為-2.07V，在堿性介質中為-1.24V。臭氧在水中的分解速度很快，在含有雜質的水溶液中能迅速回復到氧氣的狀態(tài)，其衰期為5～30min，若水溫接近0℃時能更穩(wěn)定些。

2.2 臭氧的產生

氧氣在電子、原子能射線、等離子體和紫外線等射線流的轟擊下能分解為氧原子。這種氧原子極不穩(wěn)定，具有高活性，能很快和氧氣結合成三原子的臭氧。目前，生產臭氧的方法大致有：無聲放電法、核輻射法、紫外線法(低壓汞燈)、等離子體射流法等。電暈放電是利用高速電子轟擊干燥氧氣，使其分解為氧原子。高速電子具有足夠的動能(6～7ev)，通過氧原子與氧氣及其它任何氣體分子三體碰撞，反應形成臭氧。電解法是一種利用直流電源電解含氧電解質產生臭氧的方法。含有水化熒光陰離子電解質的水溶液在室溫下用高電流功率可將其氧化成O3。此種方法產生的臭氧濃度高，成分純凈，在水中溶解度高。紫外線輻射法是利用低壓汞燈輻射產生，此方法簡單，產生O3濃度低，適用于實驗室；其優(yōu)點是對溫度不敏感，易于通過對汞燈功率的線性控制來控制O3的產量。

3.臭氧在污水處理中的應用

對于O3的反應機理已經有了很多研究報道，主要是因為O3的分解產物是一些分子態(tài)氧和具有高度活性的自由基HO2·、OH·、H·等，它們的高度活性在水處理中被用于殺菌消毒、破壞有機物結構等等，副產物無毒，基本無二次污染，有著許多別的氧化劑無法比擬的優(yōu)點。O3直接參與的反應稱D反應，此類反應速度慢，而且具有選擇性，是去除水中有機物的主要反應；O3分解產生自由基的反應稱為R反應，此類反應速度快，選擇性差。

3.1 臭氧氧化用于消毒

O3屬于溶菌劑，用于殺菌消毒可以達到徹底、永久地消滅物體內部所有微生物。原理是利用O3能破壞或溶解微生物的細胞壁，迅速地擴散到細胞內部，氧化破壞細胞內酶，使細胞發(fā)生通透性畸變導致其溶解死亡。Fetner和Ingols研究指出，O3的消毒作用是瞬時徹底的。與傳統(tǒng)的Cl2相比，O3殺菌能力是其600～3000倍，且pH值的變化范圍較大，投加量少。O3的投加量一般是Cl2所能達到同樣效果的投加量的0.6倍，平均投加量為1mg/L，并能保證一定的剩余濃度0.6mg/L。雖然有研究表明剩余O3對水生生物有影響，但由于其在水中半衰期短，容易分解，不會對受納水體生物造成重大影響。O3消毒廣泛應用與給水，污水深度處理中，最先于法國，后來在歐美等一些國家也得到應用。吳曉軍等對北京通縣西飲水采用2～3mg/L的O3消毒，在1s內迅速分解大腸桿菌等細菌。

3.2 臭氧氧化用于去除水中雜質

利用O3去除水中有機物時，一般將其用作預氧化劑，它能部分氧化有機物中分子量小的中間產物。實驗表明，O3氧化使分子量大于105的有機物減少，但卻增加分子量在1000～3000的有機物的量。這樣就提高了后續(xù)裝置中的生物活性，有利于有機物質的去除。

現在國內外廣泛應用的工藝為：O3(預處理)+生物活性濾池。張金松等對此工藝研究表明，此工藝比普通的活性炭工藝的去除COD(去除率高達68%)更有效。O3也能去除水中氨氮：在高pH(9～10)下誘發(fā)臭氧產生強氧化能力的OH·來氧化廢水中的氨氮，此種方法可運用于高氨氮廢水 (垃圾滲濾液)處理，也可用于廢水的深度處理中。

3.3 臭氧氧化處理剩余污泥

在污水處理廠的剩余污泥中投加O3，使其與泥中生物接觸，從而破壞了微生物的細胞膜，使污泥成為容易分解的生物污泥。Yasui H和Nakamura K等研究了向剩余污泥中投加O3，此技術提高污泥的可生物降解性，幾乎能夠完全去除剩余污泥，而且并不影響整個工藝中處理水的水質。他們的實驗研究發(fā)現，非連續(xù)臭氧氧化比連續(xù)的投加能得到更好的效果，而且大量節(jié)省了臭氧的投加量。在獲得同樣的處理效果前提下，非連續(xù)投加量只是連續(xù)投加量的30%左右。利用臭氧進行剩余污泥處理是一種行之有效而且節(jié)省運行費用的新工藝，有著良好的前景。

4.臭氧用于污水處理的特點

由于臭氧具有很強的氧化能力，它可以通過破壞有機污染物的分子結構以達到改變污染物性質的目的，在一定條件下能提高常規(guī)工藝去除常量有機物的能力，具有很強的殺菌消毒作用，可除臭去味、脫色、除鐵除錳，能有效地氧化分解有機物，接觸時間短且不受溫度和pH值的影響。臭氧用于污水處理具有以下優(yōu)點。

（1）臭氧能有效地去除污水中COD、陰離子洗滌劑及氨氮，而且在常溫下，臭氧經過30min左右即可還原成氧氣，因而沒有任何殘留和二次污染；

（2）臭氧可以在生產現場制造，與液氯、次氯酸鈉相比，不需要儲運環(huán)節(jié)，減少了操作危險性；

（3）臭氧具有強的氧化作用，反應速度快。臭氧對微生物、細菌、病毒都有良好的滅活和致死作用，它滅活微生物的效果優(yōu)于氯、氯胺、二氧化氯等消毒劑。同時還能夠氧化降解水中的其他污染物質；

（4）臭氧消毒副產物基本上不可能含有THMs，而主要是醛、芳香族羧酸等有機物。當水中含有溴離子時可能生成溴化物；

（5）水中剩余的臭氧能很快自然分解為氧氣，出水中含有較高的溶解氧，排放到受納水體后不增加水體的負擔，并可改善水體的水質，是最潔凈的消毒劑。

結論

臭氧技術的發(fā)展已有100多年的歷史，在水處理方面也得到了廣泛的研究和應用。歐洲(尤其是法國)許多國家都將臭氧應用于給水、排水的處理中。但在我國對臭氧的研究和應用還不夠廣泛，其主要原因是由于其投資高，運行費用高等原因，而沒被廣泛認可。然而，隨著科學技術的發(fā)展，與臭氧發(fā)生器相關的電源、介電體材料、氣源制備與控制、檢測等諸多方面的改善，將有效提高臭氧的產量，降低能耗。同時，對臭氧在水處理方面的研究也將會有新的突破和進展。相信臭氧將來會被廣泛應用于我國的水處理行業(yè)中，給社會帶來健康和清潔。

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