摘要：臭氧（O3）對(duì)各種物體的氧化能力較強(qiáng)，并且是極易溶于水的一種氧分子。因此，人們常常利用臭氧來(lái)氧化水中的污染物，從而使水更加清潔，減少因污水導(dǎo)致的土壤破化，以及對(duì)水生物的傷害。臭氧在臭氧氧化技術(shù)中的工作原理極其簡(jiǎn)單，一方面通過(guò)自身的氧化作用直接對(duì)水中污染物進(jìn)行分解，另一方面，通過(guò)產(chǎn)生一種化學(xué)物質(zhì)間接對(duì)污染物進(jìn)行降解。該技術(shù)容易操作，因此臭氧氧化技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的廢水處理中。

關(guān)鍵詞：臭氧；氧化技術(shù)；水處理；應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：X52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2018）01-0081-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.01.047

Application of ozone oxidation technology in water treatment

Mou Jie

（Design Center of Tianjin Environmental Protection Technology Development Center， Tianjin 300074，China）

Abstract： Ozone （O3） is a powerful oxidizing agent for various objects and is an oxygen molecule that is highly soluble in water. As a result， ozone is often used to oxidize water pollutants， thereby making the water cleaner， reducing soil runoff caused by sewage， and damaging aquatic life. Ozone in the ozone oxidation technology works Simple machine， on the one hand directly through their own oxidation of pollutants in the water decomposition， on the other hand， through the production of a chemical pollutants indirectly degradation. The technology is easy to operate， so ozone oxidation technology is widely used in industrial wastewater treatment.

Key words：Ozone；Oxidation technology；Water treatment；Application

在1787年，德國(guó)人Van Ma-rum在使用電極設(shè)備時(shí)，發(fā)現(xiàn)在空氣高壓的狀態(tài)下，發(fā)電機(jī)在進(jìn)行放電的同時(shí)產(chǎn)生一些怪異的氣體。到了1801年，一位科學(xué)家Cruickshank在使用純氧做水電解的實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)在陽(yáng)極出也放出了與之前相同氣味的氣體。該種化學(xué)氣體，經(jīng)過(guò)后來(lái)的一些科學(xué)家的探討，被一位名叫Schonbei的法國(guó)科學(xué)學(xué)者命名為OZONE，即O3（臭氧）。近年來(lái)因臭氧氧化能力強(qiáng)的特點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，并且隨著我國(guó)科技的進(jìn)步，氧化技術(shù)水平也在不斷地提高。文章將從分析臭氧獨(dú)特的性質(zhì)入手，探究臭氧進(jìn)行氧化過(guò)程的原理，臭氧可以應(yīng)用的范圍和一些工業(yè)領(lǐng)域。

1 臭氧的性質(zhì)

臭氧在水中進(jìn)行溶解之后會(huì)逐步轉(zhuǎn)變成長(zhǎng)鏈狀的有機(jī)物，并且這種有機(jī)物是不飽和的狀態(tài)。臭氧是屬于氧的同素異形體，屬于一種含有三個(gè)氧原子的大分子，并且這三個(gè)氧原子呈現(xiàn)三角形的排列方式。其中處于中間的一個(gè)原子與其他的兩個(gè)原子距離長(zhǎng)度是相等的。臭氧在正常的溫度下呈現(xiàn)的是一種淡藍(lán)色的氣體，并有一種刺鼻的魚(yú)腥味，溶于水之后使水變成了深藍(lán)色，而臭氧在固體的狀態(tài)時(shí)是紫黑色的。臭氧的分子結(jié)構(gòu)界定其具有不穩(wěn)定的特點(diǎn)，一般情況下，在空氣中臭氧只需要20～50 min就可以完全揮發(fā)掉，所以臭氧在空氣中有一部分會(huì)變成氧氣，并且溫度越高越容易分解，分解的速度也就越快[1]。研究表明，臭氧在水中的分解速度要比在空氣中慢一些，正常情況下為35 min，并且其溶解速度受到水溫的影響，因此要具體情況具體分析。將臭氧、氯、過(guò)氧化氫這三種化學(xué)分子的電極電位進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)臭氧的氧化性能最優(yōu)，氯和過(guò)氧化氫分別為1.36和1.78. 所以，臭氧氧化性最強(qiáng)，僅次于氟，而氟不易溶于水的特征決定了在進(jìn)行水處理時(shí)，應(yīng)當(dāng)首選臭氧。如上表1的調(diào)查數(shù)據(jù)可知。

臭氧有著高強(qiáng)度的氧化性能，顯而易見(jiàn)其缺點(diǎn)就是自身的強(qiáng)腐蝕性。除了一些比較貴重的金屬，例如金、鉑以外，臭氧對(duì)其他類(lèi)型的金屬都具有高強(qiáng)度的腐蝕和破壞的作用，此外，臭氧還對(duì)一些非金屬的物體同樣具有腐蝕性，即便是一些抗腐蝕性極強(qiáng)并且含有聚氯乙烯的塑料制品。在操作臭氧技術(shù)時(shí)所使用的設(shè)備也會(huì)因和臭氧的接觸而產(chǎn)生氧化的現(xiàn)象，設(shè)備經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)疏松和開(kāi)裂的問(wèn)題。臭氧有著難聞的氣味，并且并不是無(wú)毒的氣體，所以工業(yè)對(duì)臭氧的生產(chǎn)量要有所控制，不能進(jìn)行大量的生產(chǎn)，否則對(duì)人的身體也會(huì)帶來(lái)一定的危害。研究結(jié)果顯示，臭氧的濃度超標(biāo)時(shí)會(huì)對(duì)周?chē)膭?dòng)物產(chǎn)生傷害[2]。當(dāng)人身處臭氧濃度為（0.5～1）×10-6環(huán)境下，并待1.5 h后，人的身體會(huì)感到不適，進(jìn)而出現(xiàn)口干、咳嗽的現(xiàn)象。人一旦長(zhǎng)時(shí)間處于這樣的環(huán)境中，嚴(yán)重者可能導(dǎo)致其呼吸道感染，研究報(bào)道表明，臭氧還有致癌的危害。

2 臭氧氧化機(jī)理

通過(guò)研究相關(guān)的化學(xué)原理或者一些理論的推導(dǎo)可以知道，任何化學(xué)物質(zhì)在進(jìn)行氧化反應(yīng)時(shí)都是通過(guò)使苯系物質(zhì)、大分子量物質(zhì)中較弱的化合鍵進(jìn)行分解和斷開(kāi)，進(jìn)一步形成分子含量較小的化學(xué)物質(zhì)；從而改變了目標(biāo)降解物的分子結(jié)構(gòu)，使其更加容易通過(guò)氧化分解掉。臭氧通過(guò)直接氧化或者間接氧化的工程實(shí)現(xiàn)對(duì)水中污染物的破壞和分解。間接的方式可以說(shuō)是臭氧溶解在水中之后，產(chǎn)生的羥基自由基從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水中污染物氧化作用也就是R反應(yīng)。其中，這兩種氧化作用是存在差異的，直接進(jìn)行氧化作用時(shí)，水溶液中存在著是O3 分子，可以對(duì)水中的有機(jī)物直接發(fā)生氧化作用，清除掉水中的污染物質(zhì)，進(jìn)而使水達(dá)到清潔的目的；間接氧化是指O3分子溶解于水之后，會(huì)產(chǎn)生比O3分子本身氧化能力更強(qiáng)的化學(xué)物質(zhì)，也就是羥基自由基，它也可以對(duì)水中的有機(jī)物進(jìn)行氧化反應(yīng)，并且氧化能力更強(qiáng)，這就是O3的間接氧化清除污染物的過(guò)程。

3 臭氧氧化技術(shù)在水處理中的應(yīng)用案例

近年來(lái)，臭氧氧化技術(shù)被各大化工工廠廣泛的采用，因該技術(shù)對(duì)于污水的處理效果極佳，并且該技術(shù)較簡(jiǎn)單且易操作，花費(fèi)的成本也較低，以下將從三個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)對(duì)臭氧水處理技術(shù)進(jìn)行探討。

3.1 印染污水和造紙污水處理

臭氧獨(dú)特的氧化性能使之可以很好的與有機(jī)物中的發(fā)色基團(tuán)發(fā)生化學(xué)作用，實(shí)現(xiàn)斷開(kāi)有機(jī)物的化學(xué)鍵的功能，進(jìn)而使水中污染物質(zhì)中的大分子逐步變小，并使之變成無(wú)色的小分子，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)消除污染物的目的。所以臭氧便可以應(yīng)用在處理一些燃料或者印刷的工業(yè)中，例如染布工業(yè)和一些造紙工業(yè)中，對(duì)于清除掉廢水的顏色起到了重要的作用[4]。國(guó)外的一些科學(xué)家據(jù)此導(dǎo)出了臭氧在對(duì)染料進(jìn)行分解過(guò)程中產(chǎn)生一系列反應(yīng)的方程式，另外還進(jìn)一步探討了水中的COD和BOD5發(fā)生哪些化學(xué)反應(yīng)。我國(guó)相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)者盧寧川等在研究臭氧氧化印染廢水時(shí)，得出結(jié)論是臭氧對(duì)GBC棗紅基染料清除率為94%，而對(duì)CODCr卻只有72%[5]。

3.2 煉油廠的污水處理

煉油廠的廢水與其他類(lèi)別的廢水不同，其污物質(zhì)大部分是石油大分子發(fā)生分解后產(chǎn)生的有利分子，這種產(chǎn)物自身可降解能力較弱，因此必須要利用氧化能力強(qiáng)的化學(xué)分子進(jìn)行分解。傳統(tǒng)上一直所采用的方式通常為“隔油+氣浮+生化”。 而當(dāng)前國(guó)內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)一些學(xué)者利用臭氧進(jìn)行該類(lèi)型廢水的處理[6]。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)水量的要求為0.5 m3/h、HRT 1.49 h，COD 44.07～102.13 mg/L、 氨氮28.37～50.01 mg/L、水中污染物的濃度大概為4.10～6.77 mg/L。經(jīng)處理后 COD、氨氮、石油類(lèi)物質(zhì)平均清除率分別達(dá)到 94%、96.1%、91.9%。經(jīng)過(guò)臭氧處理后的水可以實(shí)現(xiàn)重復(fù)使用。

4 結(jié)束語(yǔ)

臭氧氧化技術(shù)已經(jīng)得到大力的推廣，其成本低廉且易于把控的優(yōu)勢(shì)，使得其受到各類(lèi)化工廠的廣泛運(yùn)用和支持。當(dāng)前我國(guó)的水資源狀況出現(xiàn)了許多問(wèn)題，人們一味地發(fā)展重工業(yè)的同時(shí)，卻忽略了對(duì)水資源節(jié)約環(huán)保的意識(shí)。臭氧氧化技術(shù)將發(fā)揮巨大的作用，隨著我國(guó)保護(hù)環(huán)境意識(shí)的加強(qiáng)以及科技的進(jìn)步，臭氧氧化技術(shù)的應(yīng)用范圍將會(huì)更加廣闊，此外，相關(guān)的技術(shù)人員還應(yīng)該結(jié)合其他的氧化技術(shù)，為未來(lái)實(shí)現(xiàn)更成熟和更完善的水處理技術(shù)提供保障。

參考文獻(xiàn)

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[6]陸衛(wèi)軍.深度氧化工藝處理稀濃度廢水[J].污染防治技術(shù)，2013，（04）：79.

收稿日期：2017-12-08

作者簡(jiǎn)介：牟潔（1986-），女，工程師，研究方向?yàn)樗廴痉乐渭夹g(shù)與管理。