臭氧技术在污水处理上的应用研究

关键词：臭氧 催化剂 Ozone Catalyzer

近年来，在人口的日益增长的同时，污染也越来越严重，国家也污水排放标准上也有一些提升。在一些处污水处理的环节上，一些传统的处理工艺显得有些拙荆见肘，臭氧技术也因此越来越多的出现在污水处理工艺中。

1． 臭氧的相关介绍

1.1臭氧的性质

臭氧是一种浅蓝色的，不稳定，而具有刺激性气味的活泼气体。当臭氧在空气中浓度低时并没有毒性，但是当浓度稍高时，则会具有有毒的特殊臭味，会对人体造成危害。常温常压下臭氧在水中的溶解度比氧高约13倍^[1]，比空气高2-5倍。臭氧是一种氧化能力仅次于氟但远远大于氯气的强氧化剂，故臭氧可以和很多有机物和无机物发生氧化反应。臭氧在水中很不稳定，容易分解成氧气分子，其半衰期在常温大气中是15-30 min，温度越高半衰期越短。当臭氧处于溶解状态时，臭氧分解速度会在pHgt;7的碱性环境中加快，而在酸性条件下则相对比较稳定^[2]，溶液pH越低，臭氧氧化有机物的速度会减缓，而在pHgt;7的介质中，臭氧会让污染体系中的污染物直接矿化成二氧比碳和水。

1.2 臭氧氧化的机理

臭氧的强氧化性来自于臭氧分子中氧原子的强亲电子和亲质子性。尽管在水溶液中，臭氧能优先与烯烃、供电子基团、有机硫化物和去质子化胺类等反应，但由于矿化能力较差，并可能生成具有潜在致癌作用的醛类和嗅酸盐，并且臭氧的处理成本太高，因而不适用于处理高浓度的有机废水^[3]。当体系中存在OH- (pHgt;5.5), UV光(254 nm或更短波长)、过氧化氢、活性炭或过渡金属(氧化物)甚至是腐殖质时，臭氧分解后产生具有强氧化作用的羟基自由基。羟基自由基与大多数有机物都有极高的反应速率常数，形成高级氧化过程，该过程可快速除去废水中的有机污染物，而臭氧自身则会分解为氧，不会造成二次污染^[4]。值得注意的是，CH3-COO", alkyl-R, HC03"/C032-, S04z-,Cl一和腐殖质等都能阻碍羟自由基链式反应的进行，而在同等条件下，羟自由基的非选择性可能会降低体系对某些特征污染物的去除效率。

1.2 臭氧的制备

制备臭氧方法主要有:无声放电法、电解法、紫外线法、放射法和等离子射流法等。当利用射流轰击氧气分子时氧气分子会分解成氧原子，而氧原子活化能高，不稳定，因此氧原子能快速的和氧气分子结合形成含有三个氧原子的臭氧。由于紫外线法的生产效率不高产氧率低，一般用来净化空气。等离子射流法则是用液氧收集氧气分子激发并分解产生的单个氧原子而产生臭氧，但该方法产生的臭氧浓度低量少，并且能耗较大。电解法虽然能耗大，生产设备复杂，但是能产生高浓度的臭氧。放射法是辐射含氧气流，激发氧气生成臭氧，适用于大规摸使用臭氧，其热效率高于无声放电法，但是操作设备很复杂，成本投资也大^[5]。