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臭氧氧化技术及应用

2021-06-20 17:06:07

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氧化机理

臭氧具有的强氧化性是因为臭氧分子中氧原子具有强亲电子或亲质子性。臭氧分解后产生新生态氧原子,在水中可形成具有强氧化作用基团-羟基自由基,可快速除去废水中的有机污染物,而自身分解为氧,不会造成二次污染。 [4] 

目前认为臭氧与有机物的反应有2种途径:

(1) 臭氧以氧分子形式与水体中的有机物直接反应。 [4] 

该方法选择性较强,一般攻击带有双键的有机物,对芳香烃类和不饱和脂肪烃有机化合物的效果更好。 [4] 

(2) 碱性条件下臭氧在水体中分解后产生氧化性很强的羟基自由基等中间产物,羟基自由基与有机化合物发生氧化反应。 [4] 

该氧化方式无选择性。 [4] 

废水处理

臭氧氧化技术用于废水处理有如下2种情况:(1)臭氧作为预处理或后处理,与其他方法联合使用,如絮凝+臭氧、臭氧+生物滤池(生物活性炭法等)、臭氧+膜处理;(2)臭氧自身氧化处理,如:臭氧、臭氧-双氧水、臭氧-双氧水/UV光氧化、臭氧/UV光氧化、臭氧-固体催化剂(固体催化剂如活性炭等)。 [4] 

混凝 - 臭氧氧化技术

混凝-臭氧氧化技术是在投加混凝剂条件下,利用臭氧氧化技术处理废水。臭氧能改变水中悬浮物的性质,从而改变混凝操作单元去除效果,此方法可使水中悬浮颗粒变大,使处于溶解状态的有机物变成可混凝胶体颗粒,从而减少混凝剂投加量,降低化学药剂耗量。 [4] 

臭氧 - 生化法

利用臭氧催化氧化联合生物活性炭滤池处理废水专利近几年有较多报道,统称为利用臭氧预处理废水,破坏水中难降解有机物,提高可生化性,再利用活性炭生物滤池进一步处理的技术。该技术充分利用了臭氧的强氧化性、也利用了生物滤池的成本优势,两者结合后处理效果良好。 [4] 

臭氧-膜处理技术

有专利公布了一种臭氧催化氧化-陶瓷膜过滤深度处理焦化废水系统,通过臭氧催化氧化与陶瓷膜分离联用实现了粉末催化剂在动态反应器中的应用。 [4] 

反应系统确保在单一反应器中分段进行臭氧氧化和催化臭氧氧化,降低了单独臭氧氧化和催化臭氧氧化过程中的传质阻力,提高了羟基自由基利用率和有机物去除率,***终实现了焦化废水深度处理出水COD、色度和浊度达标。 [4] 

臭氧直接曝气处理

采取二级生化出水经两级臭氧催化氧化处理方法,即一级臭氧催化氧化池底部与二级臭氧催化氧化池相连,二级臭氧催化氧化池设有总出水口,实现节能和降低成本。能提高COD去除率20%。 [4] 

有专利公布了一种降低有机胺废水中COD浓度的臭氧处理系统,利用臭氧氧化来降低有机胺废水COD。该系统将臭氧反应池分为前、中、后3个接触氧化反应池,分别用隔板进行分割,且3个接触氧化池体积依次减小。利用该法接触氧化地进行氧化处理,来实现含有机胺废水的治理,达到排放标准。 [4] 

臭氧-双氧水联合氧化作用

臭氧-双氧水系统是污水处理的一种高级氧化方法。臭氧和过氧化氢协同作用可以产生具有极强氧化作用的羟基自由基,能有效去除水中的有机污染物。机理显示加入过氧化氢会促进羟基自由基生成,同时pH值影响也很明显。过氧化氢阴离子浓度是影响羟基自由基生成的关键因素,而pH值对过氧化氢阴离子浓度也有较大影响,所以pH值是影响反应的重要条件;同时,臭氧-双氧水比例也是影响有机污染物去除效果的关键因素。此外,臭氧 - 双氧水工艺对于去除天然水体中的有机污染物也很有效。 [4] 

臭氧-双氧水-UV光氧化

氧化联合催化氧化技术UV光氧化-臭氧法是将臭氧与紫外光辐射相结合的一种高级氧化过程,始于1970年。臭氧-双氧水-UV光氧化法对处理难氧化物质比较有效,可使氧化速度提高10~10000倍。 [4] 

UV光氧化-臭氧法中的氧化反应为自由基型,即液相臭氧在紫外光辐射下分解产生·OH自由基,由·OH自由基与水中的溶解物进行反应。 [4] 

臭氧 - 固体催化剂技术

臭氧-固体催化剂技术固体催化剂包括活性炭、金属及其氧化物。臭氧/活性炭联用体系能显著提高COD、TOC去除率,且显示出良好的协同作用,实现难降解制药有机废水可生化性改善。活性炭吸附-催化臭氧氧化技术对苯乙酮的去除率随臭氧进气量、活性炭投加量增加而提高,在***工艺条件下,苯乙酮去除率可达92.3%。 [4] 

臭氧氧化处理废水,无论是臭氧-紫外组合,还是臭氧-双氧水协同催化氧化技术,本质都是羟基自由基氧化降解废水中的各类污染物,不形成二次污染,在废水处理中应用前景广阔。

目前影响臭氧高级氧化技术应用的主要问题是臭氧利用率低。 [4]  臭氧在各类废水处理领域的研究和应用日益增多。臭氧技术在处理废水方面具有氧化性强、原料制备廉价易得、能处理多种污染物、反应后不出现二次污染等特点。臭氧虽然能氧化水中许多难降解有机物,但不易将有机物彻底分解为CO2和H2O,其产物常常为羧酸类易于生物降解有机物,如:一元醛、二元醛、醛酸、一元羧酸、二元羧酸类有机小分子,因此,在大多数情况下,臭氧更适宜于和其它净化技术配合使用来达到***终的废水处理目标。 [11] 

烟气净化

臭氧应用于烟气净化领域具有广阔的前景:(1)臭氧是一种清洁氧化剂,不会产生二次污染物;(2)它能够在良好的脱硫脱硝的基础上,同时实现对汞的***去除;(3)臭氧对烟气中氯化物、氟化物、VOCS以及二噁英也有一定的去除能力,它对多种污染物的协同脱除能力是应用到实际过程中***有利的优点。 [12]  尽管臭氧法是烟气净化领域***的污染控制方法,但现阶段臭氧的制备成本较高,应用技术不够成熟,限制了该技术的广泛推广使用,因此,***、节能、环保的臭氧发生装置仍是臭氧法运用的关键。 [12]


臭氧氧化技术及应用

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氧化机理

臭氧具有的强氧化性是因为臭氧分子中氧原子具有强亲电子或亲质子性。臭氧分解后产生新生态氧原子,在水中可形成具有强氧化作用基团-羟基自由基,可快速除去废水中的有机污染物,而自身分解为氧,不会造成二次污染。 [4] 

目前认为臭氧与有机物的反应有2种途径:

(1) 臭氧以氧分子形式与水体中的有机物直接反应。 [4] 

该方法选择性较强,一般攻击带有双键的有机物,对芳香烃类和不饱和脂肪烃有机化合物的效果更好。 [4] 

(2) 碱性条件下臭氧在水体中分解后产生氧化性很强的羟基自由基等中间产物,羟基自由基与有机化合物发生氧化反应。 [4] 

该氧化方式无选择性。 [4] 

废水处理

臭氧氧化技术用于废水处理有如下2种情况:(1)臭氧作为预处理或后处理,与其他方法联合使用,如絮凝+臭氧、臭氧+生物滤池(生物活性炭法等)、臭氧+膜处理;(2)臭氧自身氧化处理,如:臭氧、臭氧-双氧水、臭氧-双氧水/UV光氧化、臭氧/UV光氧化、臭氧-固体催化剂(固体催化剂如活性炭等)。 [4] 

混凝 - 臭氧氧化技术

混凝-臭氧氧化技术是在投加混凝剂条件下,利用臭氧氧化技术处理废水。臭氧能改变水中悬浮物的性质,从而改变混凝操作单元去除效果,此方法可使水中悬浮颗粒变大,使处于溶解状态的有机物变成可混凝胶体颗粒,从而减少混凝剂投加量,降低化学药剂耗量。 [4] 

臭氧 - 生化法

利用臭氧催化氧化联合生物活性炭滤池处理废水专利近几年有较多报道,统称为利用臭氧预处理废水,破坏水中难降解有机物,提高可生化性,再利用活性炭生物滤池进一步处理的技术。该技术充分利用了臭氧的强氧化性、也利用了生物滤池的成本优势,两者结合后处理效果良好。 [4] 

臭氧-膜处理技术

有专利公布了一种臭氧催化氧化-陶瓷膜过滤深度处理焦化废水系统,通过臭氧催化氧化与陶瓷膜分离联用实现了粉末催化剂在动态反应器中的应用。 [4] 

反应系统确保在单一反应器中分段进行臭氧氧化和催化臭氧氧化,降低了单独臭氧氧化和催化臭氧氧化过程中的传质阻力,提高了羟基自由基利用率和有机物去除率,***终实现了焦化废水深度处理出水COD、色度和浊度达标。 [4] 

臭氧直接曝气处理

采取二级生化出水经两级臭氧催化氧化处理方法,即一级臭氧催化氧化池底部与二级臭氧催化氧化池相连,二级臭氧催化氧化池设有总出水口,实现节能和降低成本。能提高COD去除率20%。 [4] 

有专利公布了一种降低有机胺废水中COD浓度的臭氧处理系统,利用臭氧氧化来降低有机胺废水COD。该系统将臭氧反应池分为前、中、后3个接触氧化反应池,分别用隔板进行分割,且3个接触氧化池体积依次减小。利用该法接触氧化地进行氧化处理,来实现含有机胺废水的治理,达到排放标准。 [4] 

臭氧-双氧水联合氧化作用

臭氧-双氧水系统是污水处理的一种高级氧化方法。臭氧和过氧化氢协同作用可以产生具有极强氧化作用的羟基自由基,能有效去除水中的有机污染物。机理显示加入过氧化氢会促进羟基自由基生成,同时pH值影响也很明显。过氧化氢阴离子浓度是影响羟基自由基生成的关键因素,而pH值对过氧化氢阴离子浓度也有较大影响,所以pH值是影响反应的重要条件;同时,臭氧-双氧水比例也是影响有机污染物去除效果的关键因素。此外,臭氧 - 双氧水工艺对于去除天然水体中的有机污染物也很有效。 [4] 

臭氧-双氧水-UV光氧化

氧化联合催化氧化技术UV光氧化-臭氧法是将臭氧与紫外光辐射相结合的一种高级氧化过程,始于1970年。臭氧-双氧水-UV光氧化法对处理难氧化物质比较有效,可使氧化速度提高10~10000倍。 [4] 

UV光氧化-臭氧法中的氧化反应为自由基型,即液相臭氧在紫外光辐射下分解产生·OH自由基,由·OH自由基与水中的溶解物进行反应。 [4] 

臭氧 - 固体催化剂技术

臭氧-固体催化剂技术固体催化剂包括活性炭、金属及其氧化物。臭氧/活性炭联用体系能显著提高COD、TOC去除率,且显示出良好的协同作用,实现难降解制药有机废水可生化性改善。活性炭吸附-催化臭氧氧化技术对苯乙酮的去除率随臭氧进气量、活性炭投加量增加而提高,在***工艺条件下,苯乙酮去除率可达92.3%。 [4] 

臭氧氧化处理废水,无论是臭氧-紫外组合,还是臭氧-双氧水协同催化氧化技术,本质都是羟基自由基氧化降解废水中的各类污染物,不形成二次污染,在废水处理中应用前景广阔。

目前影响臭氧高级氧化技术应用的主要问题是臭氧利用率低。 [4]  臭氧在各类废水处理领域的研究和应用日益增多。臭氧技术在处理废水方面具有氧化性强、原料制备廉价易得、能处理多种污染物、反应后不出现二次污染等特点。臭氧虽然能氧化水中许多难降解有机物,但不易将有机物彻底分解为CO2和H2O,其产物常常为羧酸类易于生物降解有机物,如:一元醛、二元醛、醛酸、一元羧酸、二元羧酸类有机小分子,因此,在大多数情况下,臭氧更适宜于和其它净化技术配合使用来达到***终的废水处理目标。 [11] 

烟气净化

臭氧应用于烟气净化领域具有广阔的前景:(1)臭氧是一种清洁氧化剂,不会产生二次污染物;(2)它能够在良好的脱硫脱硝的基础上,同时实现对汞的***去除;(3)臭氧对烟气中氯化物、氟化物、VOCS以及二噁英也有一定的去除能力,它对多种污染物的协同脱除能力是应用到实际过程中***有利的优点。 [12]  尽管臭氧法是烟气净化领域***的污染控制方法,但现阶段臭氧的制备成本较高,应用技术不够成熟,限制了该技术的广泛推广使用,因此,***、节能、环保的臭氧发生装置仍是臭氧法运用的关键。 [12]


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