臭氧氧化技术在污水处理中的应用解析

摘要：文章综述了近年来臭氧氧化技术及其联合氧化技术的研究现状，包括臭氧氧化技术、臭氧／过氧化氢联合氧化技术、臭氧／紫外线联合氧化技术、臭氧／活性炭协同氧化技术，介绍了各种高级氧化技术的基本原理及研究现状，并对其特点进行了简要评述。

关键词：臭氧臭氧／过氧化氢臭氧／紫外线臭氧／活性炭

中图分类号：P421文献标识码： A

目前在我国，虽然不断的在对污水进行强制性的要求或治理，但是常规的“物化手段十生化工艺”处理方式难以满足高标准的排放要求，而以O3氧化工艺为代表的高级氧化技术往往能满足当前污水处理的需要。众所周知，臭氧的氧化能力极强，氧化还原电位为2．07V，在碱性溶液中仅次于氟。臭氧的高级氧化技术，就是通过臭氧氧化与各种水处理技术组合，形成氧化性更强、反应选择性较低的羟基自由基(其氧化还原电位为2．80V)。臭氧高级氧化法与常规水处理方法比较，具有显著的特点，如对于生物难降解物质处理效果好、降解速度快、占地面积小、净化程度高、无二次污染、浮渣和污泥产生量较少等优点。

1臭氧的特性

臭氧是氧气的同素异形体，在自然条件下，为淡蓝色气体。在标准压力和常温下，它在水中的溶解度是氧气的13倍；正常情况下，臭氧极不稳定，容易分解成氧气。臭氧有很强的氧化能力，是已知最强的氧化剂之一；臭氧为剧毒氧化性气体，一般认为人体在臭氧浓度不大于O．2mg／m3的环境下是安全的；臭氧对几乎所有的金属和非金属材料都有腐蚀作用。

2臭氧及衍生氧化方法

2．1臭氧氧化法

臭氧氧化有机物通过两种反应：直接反应和间接反应。直接反应通过环加成、亲电反应、亲核反应实现。间接反应通过03与H：0的自由基诱发反应生成・OH，・OH通过电子转移反应、抽氢反应、・OH加成反应可与大部分有机物进行反应，从而将部分有机物降解为CO2和H20。经过臭氧氧化后，污水的COD可得到一定的去除而且色度也可大大降低。

马黎明等人用臭氧氧化法处理生化后的造纸废水，实验结果表明，当初始pH值为8．12，臭氧通人量为514mg(400ml废水)，在25cC时臭氧氧化反应10min色度和COD平均去除率分别达到86．3％和38．9％，处理效果较好。随着pH值的增大，COD及色度的去除率也随之增大，酸性条件下去除率最低，碱性条件下臭氧化过程处理效果最为显著。

王树涛等对臭氧氧化工艺处理城市污水厂二级处理出水进行了研究。结果表明，污水COD在30-50mg／L的情况下，当臭氧投加量10mg／L、接触时间为4rain时，臭氧氧化对COD、TOE的去除率分别达到25．7％和16．5％，使UV254和色度分别降低了62．31％和79．25％，同时分子质量

2．2臭氧／双氧水联合氧化法

O3/H2/O2处理工艺中，自由基的链反应实际是由HO2-引发的，，生产H0的总反应方程式可归纳为

：

工作人员采用O3/H2/O2法对嘧啶废水的处理进行了研究，试验通过将不同量的H2O2加入1LCOD浓度为3647mg／L的嘧啶废水中，研究pH值、反应时间、O3流量及H2O2投加量对处理效果的影响。试验结果证明，在pH值为11，反应时间为70min，O3流量为4g/h，H202投加量为50mmol／L的条件下，废水的嘧啶和COD的去除率分别达到84．46％和74．97％。

张伏中等针对已经达标的焦化废水中存在的残余有机物，考察O3/H2/O2氧化工艺的有效性并期望实现工业循环水水质目标的工艺条件。以实际达标排放的焦化废水水样作为研究对象，在自行设计的圆柱形鼓泡反应器中建立了O3与H2O2协同氧化反应体系，通过试验明确了O3浓度、H202投加量、溶液pH值、自由基抑制剂等因素对有机物降解的影响规律。结果表明：在水温为25℃时、水样pH值为7．0、臭氧浓度为11．01mg／L、H202浓度为1．0mmol／L的条件下，反应30min后O3/H2/O2氧化工艺对COD和uV254的去除率分别达到78．1％和83．7％，相比单独O3氧化分别提高了14．3％和4．1％，达到了良好的处理效果。

2．3臭氧/紫外线联合氧化法

O3/UV深度氧化法处理水中有机物的过程，不仅O3可以对有机物进行氧化降解，更重要的是O3在UV的作用下分解，产生氧化性极强的羟基自由基。在O3/UV深度氧化体系中，羟基自由基产生的机理为：

杨监峰等研究了通过O3/UV对苯胺废水的处理效果，试验采用自制装置，有效容积为1．5L，采用10W紫外灯，试验结果证明，单独采用O3/UV方法时，苯胺的去除率仅为4．1％，而采用O3/UV方法时，在O3通入量为21．4mg／min，初始pH值为6．74和苯胺质量浓度为100mgCL的条件下，反应10min时苯胺的去除率可达99％tnl。

可见，O3/UV联合氧化法对废水中难以处理的杂质进行化学氧化处理，是一种处理废水的实际和经济的方法。它对一些有毒的、难以深度处理的化合物特别有效。尤其在用其它方法处理时反应速度非常低的情况，此法更为经济。

2．4臭氧，活性炭联合氧化法

活性炭具有极大的比表面积，并且表面含有大量的酸性或碱性基团，这些酸性或碱性基团的存在，特别是羟基、酚羟基的存在，使活性炭不仅具有吸附能力，而且还具有催化能力，臭氧，活性炭联合氧化法处理污水应运而生。在活性炭的吸附及催化作用下臭氧加速变成羟基自由基，由此导致了类似于O3/H2/O2或O3/UV的高级氧化反应过程，从而提高氧化效率。

马黎明等对涪|生炭催化臭氧氧化法处理生化后造纸废水进行了研究，每次试验取400ml废水样及一定量的活性炭注入反应器，调节磁力搅拌转速在250_300r／min，分别对不同pH值、反应时间和活性炭用量等条件下活性炭臭氧氧化进行了研究。结果表明，pH值为7．98，活性炭加入量为1g，臭氧反应时间12min时，C0D和色度的去除率达到40．2％和91．6％，比单独臭氧氧化处理分别提高了7．6％和7．0％，BOD／COD比值由单独臭氧化过程的0．14提高到了0．26，可生化性得到明显改善。

隋铭皓等对臭氧／活性炭氧化法去除原水中微污染物的效果进行过了研究，试验采用自制装置，在装置内装入5g活性炭、3L硝基苯溶液，臭氧投加量为5．8mg／L，结果表明，活性炭作为催化剂与臭氧共同作用，对硝基苯的去除率明显高于单独臭氧氧化；在保证活性炭与臭氧分子和有机物充分接触的2min内，臭氧／活性炭对硝基苯的氧化速率是臭氧氧化的6倍；随着pH值的增加，臭氧／活性炭对硝基苯的去除率逐渐提高(单独臭氧氧化同样如此)，但至pH=9．55时，臭氧／活性炭对硝基苯的去除失去优势。

虽然臭氧／活性炭氧化法中活性炭的重复使用率不高，但活性炭催化转化臭氧为羟基自由基创造了一个基于臭氧的高级氧化过程，除臭氧的过氧化氢、紫外催化转化法外，为水中难降解污染物的降解又提供了一个可供选择的方法。

2.5非均相催化臭氧氧化法

非均相催化臭氧氧化法是在反应体系中加入固体催化剂，达到增强臭氧氧化降解废水中有机污染物的目的。目前，非均相催化臭氧氧化法所采取的催化剂主要有金属氧化物(主要是过渡金属氧化物)、金属、活性炭(AC)、含有各种金属成分的多孔材料(如矿石、沸石)，以及以金属氧化物或其他多孔材料为载体负载金属或金属氧化物催化剂等。非均相催化臭氧氧化法采用固体催化剂，反应后容易实现催化剂与废水的分离，流程简单，且催化剂可多次反复使用，降低了处理成本，因此，具有良好的发展前景。非均相催化臭氧氧化过程中在催化剂的作用下，臭氧在废水中发生反应生成HO，增强了废水中有机污染物的氧化降解效果。

结语

在我国污水处理领域，臭氧氧化法仅仅处于起步阶段，各种相关的技术、配套工艺、设备乃至标准还不完善，但是其优点已经非常凸显，相信它在未来水处理行业的应用潜力会越来越受到人们的重视。

参考文献

[1]李静刘国荣．臭氧高级氧化技术在废水处理中的应用[J]．污染防治技术，2007,20(06)55―57．

[2]徐新华赵伟荣．水与废水的臭氧处理[M]．北京．化学工业出版社2003．