臭氧高级氧化技术原理及应用

臭氧的来由

臭氧，化学式为O3，又称三氧、超氧，因其类似鱼腥味的臭味而得名，在常温下可以自行还原为氧气。比重比氧大，微溶于水，易分解。臭氧由氧分子携带一个氧原子，因此它只是一种暂存状态，携带的氧原子除氧化用掉外，剩余的又组合为氧气进入稳定状态，所以臭氧没有二次污染。 臭氧主要是由氮氧化物(NOx)和挥发性有机物(VOCs)经过一系列复杂的光化学反应生成。

臭氧分子结构

臭氧氧化机理

臭氧具有的强氧化性是因为臭氧分子中的氧原子具有强亲电子或亲质子性。臭氧分解后可在水中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。

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。该方法选择性较强，一般攻击带有双键的有机物，更易与芳香烃类和不饱和脂肪烃发生反应。

（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，中间产物与有机化合物发生氧化反应。

臭氧在污水处理中的作用

臭氧(O3)是强氧化剂、杀菌消毒剂、脱色剂和除臭剂。臭氧技术是治理环境和水质污染的关键技术，是二十一世纪环境科学四大关键技术之一，普遍应用于空气、水体中各种有机物去除、杀菌、除臭等方面。臭氧可使大多数色素褪色，臭氧具有极强的氧化性和杀菌性能，是自然界最强的氧化剂之一，在水中氧化还原电位仅次于氟而居第二位。

臭氧氧化净化技术核心原理

该技术的核心环节是通过特定的电场实现无声放电而产生大量的臭氧气体，在此过程中，高能电子与气体分子碰撞时发生一系列基无物化反应并将气体激活，产生多种活性自由基，从而对多种有害物质、细菌病毒等发生催化、氧化和分解，而转为无毒的副产物，达到净化空气和水质的目的。

臭氧氧化技术在污水处理方面的应用

在污水处理方面，臭氧氧化技术主要应用于各种污水处理过程中杀菌、除臭、溶解性有机物等多种污染物的去除。

科力迩臭氧高级氧化工业装置及污水处理效果

臭氧氧化技术应用特点：

• 氧化能力强，反应速度快；

• 对细菌，病毒、芽胞、软体微生物等有极强的杀灭作用；

• 氧化溶解性有机物，降低水中BOD、COD；臭氧的原料取自空气中的氧，完成工作后又还原成氧，增加水中溶解氧，没有二次污染；

• 可改善水的理化性质，有良好的脱色、除臭、除异味作用；

• 用臭氧消毒杀菌不会产生有毒的三氯甲烷及致癌有机卤化物副产品，不存在任何对人畜有害的残留物。

臭氧氧化技术技术存在问题难点

臭氧由于其在水中有较高的氧化还原电位(2.07 V,仅次于氟,位居第二) ,常用来进行杀菌消毒、除臭、除味、脱色等,在饮用水处理中有着广泛的应用。目前，单独使用臭氧氧化技术处理废水仍存在一些问题。

• 臭氧与有机物的反应选择性较强，在低剂量和短时间内，臭氧不可能完全矿化污染物，且分解生成的中间产物会阻止臭氧的进一步氧化。

• 臭氧的发生成本高，利用率偏低，导致处理费用高。因此对提高臭氧的利用率和氧化能力这方面的研究，是目前国内外的热点。

臭氧氧化技术应用于污水处理行业的现状

近年来,国内外在臭氧高级氧化法的应用研究方面取得了可喜的进展。臭氧的高级氧化技术(AOTs) ,也叫高级氧化过程(AOPs) ,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2.80 V) 。

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

• 自动化程度高

• 无二次污染、浮渣

• 污泥产生量较少等优点

• 已广泛应用于在食品、制药、石油石化、印染、钢铁、供水等行业。

技术发展情况

• 1896年Meritens最早将臭氧用作杀菌剂应用于饮用水处理。

• 1906年在尼斯建立并投入运行的Bon Voyage水厂,被看作“饮水臭氧化的诞生地”。

• 到20世纪70年代后期,臭氧仍主要用于消毒,主要是在法国和其他使用。

• 近年来臭氧氧化技术的应用十分广泛,它在杀菌、消毒、脱色、除臭、氧化难降解有机物与改善絮凝效果方面有明显的优势。臭氧对脱除染料废水、印染废水和造纸废水色度的良好效果,近年来得到了实际应用。

• 臭氧能将发色基团大分子降解成小分子最后有效去除。造纸废水最大的特点是BOD、COD、高色度及臭味,其中含高浓度的氯代酚、氯代丙酮、三氯甲烷等。Part等应用臭氧对牛皮纸厂漂白废水进行脱色,将浓度为32.4 mg/L的臭氧通入连续运行的柱反应器,停留时间3 min,废水色度被完全去除。

国内应用情况

王煜等人研究利用高频陶瓷沿面放电臭氧新技术应用于印染废水的处理,当反应接触时间为10h, pH值为7～8时, COD去除率达86.6%,脱色率达98.4%。臭氧用于脱色处理时,应控制pH≤7,此条件下可以减弱臭氧的分解速度和提高OH·的生成率,从而提高臭氧的利用率。

据金腊华采用臭氧对雷诺汽车制造公司法国某分厂的综合废水进行氧化处理的实验表明:臭氧可用来改善汽车制造厂综合废水的可生化性。在产气量控制在16 L /h 左右、臭氧供给量为1 kg/h、pH = 10时,经过2 h的臭氧氧化处理,出水的COD去除率达到60%。

近年来,臭氧也用于城市生活污水的深度处理,臭氧投加量一般为10～20 mg/L,接触时间为5 ～20 min, 可使COD 降低40%、BOD 降低70%、SS降低60%、氨氮降低20%、致癌物降低80%和色度降低90%。

日本开发了微细臭氧气泡污水处理装置,己得到了成功应用。该装置产生的微细臭氧气泡的粒径极其微小,直径只有10～100μm,气泡和废水的接触面积提高了2 000～4 000倍、臭氧的溶解度提高了5倍,臭氧得到充分利用,同时起到了很好的搅拌作用。由于提高了效率,降低了成本,该装置现己用于食品、畜产品和水产品等加工厂的污水处理。

随着臭氧技术应用的发展,臭氧技术的研究及应用在国际上已经形成独立的产业,其应用前景十分广阔。

臭氧氧化技术最新技术进展

科力迩科技在研发旋流溶气气浮CDFU的基础上，又创造性进将臭氧高级氧化技术引入其中，形成臭氧高级氧化和旋流溶气气浮高效组合技术CDOF，该装置集中了超声波催化臭氧氧化、化学絮凝、水力空化、旋流、溶气气浮等众多技术，极大地提高了臭氧利用率，加快臭氧氧化反应。

臭氧氧化工业装置

CDOF技术能够快速、高效、低成本地降低水中污染物（难降解有机物、溶解油、脱色等）；同时通过臭氧氧化和絮凝作用，使得旋流溶气气浮能够有效去除胶体状和溶解态溶解性有机物（单纯靠气浮无法去除）的同时，大幅提高了旋流溶气气浮分离效果，实现对各种难处理废水中多种污染物高效综合处理。

臭氧应用污水处理效果

CDOF技术为国产厂商自主研发专利技术，具有国际先进技术水平，目前已获得10多项国内外专利，其中国际专利1项，国内发明专利3项。