随着水源污染的加剧和水质标准的提高,针对常规处理工艺的不足,各种氧化技术应运而生,臭氧化技术正逐渐引起人们的关注。臭氧1886年由法国最早进行技术研究,20世纪80年代末臭氧开始使用,臭氧的氧化能力极强,氧化还原电位为2 .07 V,在碱性溶液中仅次于氟。它可以氧化多种化合物,而且具有耗量小,反应速度快、不产生污泥等优点,因此被成功地应用于饮用水深度处理、养殖用水和泳池水处理并扩展到矿泉水生产等领域。让我们来看看臭氧的特性:
1 改善感官指标
大量研究和应用实践证实臭氧具有很强的脱色、嗅、味能力。能有效改善水的感官指标。
水的色度主要由溶解性有机物、悬浮胶体和颗粒物引起,其中光吸收和散射引起的表色较易去除,溶解性有机物引起的真色较难去除。致色有机物的特征结构是带双键和芳香环,代表物是腐殖酸和富里酸。臭氧通过与不饱和官能团反应、破坏碳碳双键而去除真色,去除程度取决于臭氧投加量和接触条件;同时臭氧可氧化铁、锰等无机呈色离子为难溶物;臭氧的微絮凝效应还有助于有机胶体和颗粒物的混凝,并通过颗粒过滤去除致色物。
水的嗅味主要由腐殖质等有机物、藻类、放线菌和真菌以及过量投氯引起,现已查明主要致臭物有土臭素、2-甲基异冰片、2,4,6-三氯回香醚等。一般水中异臭物质的阈值仅为0.005~0.01 μg/L;臭氧去除嗅味的效率非常高,一般1~3 mg/L的投加量即可达到规定阈值。
2 消毒杀菌
臭氧作为一种强氧化剂,它具有很强的消毒灭活能力,对一般细菌、大肠菌、病毒等特别有效。其杀菌能力比氯系列消毒剂要强几十倍到数百倍,各种常规消毒剂的杀菌能力次序为:
O3>CIO2>HOCI>OCI->CI->CI->NHCI>NHCL3。
当臭氧浓度为0.01mg/L时,1分钟以下的接触时间即可杀死纯水中大肠杆菌,对于饮用水,最佳的臭氧数量为1-4mg/L[1],若要是99.9%的细菌和病毒失活则接触时间约为10-12分钟[2]。 70年代以后,人们逐渐认识到氯消毒会产生有害副产物THM。从而臭氧代替氯进行消毒的应用大幅度增加。同时有研究表明:有代表性的有害氯化消毒副产物(DBPs)主要为三卤甲院(THMs)和卤乙酸(HAAs)等,臭氧化通过两个途径控制DBPs:一是直接去除DBPs的前驱物质;二是转化前驱物质,从而利于后续工艺的的协同去除。
3 控制藻类
藻类问题普遍存在于世界各国的水处理实践中。藻类含量高时会影响混凝和沉淀,增加混凝剂量;堵塞滤池,缩短滤池过滤周期,致臭并产生藻毒素,和氯作用形成氯化消毒副产物,降低饮用水安全性。臭氧氧化作用之一是溶裂藻细胞,二是杀藻,使死亡的藻类易于被后续工艺去除。臭氧投加量直接影响藻细胞的溶裂程度。
4 铁、锰和硫化氢、硫化物的去除
臭氧可以使有机物状态的铁的聚合物(腐蚀铁化合物)迅速氧化并发生沉淀,结合砂滤方法可有效去除铁,而臭氧除锰时不需要通常所需的高PH值,甚至在PH为0.5这样低的情况下就可以发生完全氧化。臭氧还是去除水中硫化氢和硫化物的一种简单而又有效的方法。
总而言之,臭氧氧化技术用于脱色除臭、控制氯化消毒副产物、去除藻类和藻毒素、助凝、消毒杀菌、初步去除或转化有机污染物等,已在国内外不少水厂和居民饮用水中得到应用。
附表一:臭氧在氧化方面的技术数据
待处理的物质 | 处理1g待处理 物质的臭氧需 求量 | 备注 | 铁离子 Fe2 + | | 铁离子,生成棕色Fe(OH)3
沉淀 | 锰离子 Mn2+
| | 锰离子,首先被氧化成棕/黑色沉淀Mn02, 若进一步氧化可生成粉红色高锰酸根MnO4-。 | 亚硝酸盐
| | 暴露在空气中水的亚硝酸盐的含量与氨的含量成比例。 | 溶解的有机碳 | | 此数据对于饮用水处理而言,除掉DOC 可解决颜色,味道和气体的问题。 | 硫化氢 H2S | | 应用领域:气体清洁装置 | 氯胺 Chloramines
| | 氯胺由氯气及下列物质共同生成:腐殖酸,汗液,尿液,及其他如灰尘,赃物,数叶等杂质。 |
附表二 臭氧与几种消毒剂的比较 去除95%的病毒所需的时间
去除99%的细菌和大肠杆菌所需的时间
去除95%的病毒所需的时间
去除95%的病毒所需的时间
为保证充足的消毒效果,臭氧的浓度在0. 4ppm时维持4分钟是有必要的。CT=0.4*4=1.6
| 臭氧 | 二氧化氯 | 紫外线 | 杀菌能力 | 杀菌效力最高 | 相当强的杀菌能力, | 杀菌能力强,但可靠性差。 | 消毒 持久性 | 臭氧本身易分解,消毒无持久性。 | 具有相当好的持久性 | 消毒无持久性。 | 消毒副产物及毒性 | 不产生三卤甲烷和其他卤化副产物。 | 几乎不产生三卤甲烷和其他卤化副产物。 | 不产生三卤甲烷和其他卤化副产物。 | 除消毒外 对改善水质的贡献 | 脱色,除嗅,去除有机杂质等。效果最佳。 | 较臭氧差。 | 几乎无。 | 使用方便性 | 使用优质设备生产非常方便。需现场生产。不可贮存,运输。 | 使用优质设备生产较方便。需现场生产。不可贮存,运输。 | 使用方便。 | 使用安全性 | 正确使用优质设备基本无安全隐患 | 正确使用优质设备基本无安全隐患 | 安全。 | 运行消耗 | 电能 | 化学药品 | 电能 |
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