臭氧在水处理技术中的应用

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 +	0.44g	铁离子，生成棕色Fe（OH）3   沉淀
锰离子  Mn2+	0.8g	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	1.1g	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	0.5-1.5g	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	5.3g	应用领域：气体清洁装置
氯胺 Chloramines	4g	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、紫外线的比较

	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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