實(shí)驗(yàn)方案
臭氧催化氧化試驗(yàn)
摘 要：近幾年臭氧高級氧化技術(shù)已在我國各個行業(yè)污水處理方面迅速發(fā)展，我國越來越注重環(huán)境友好型社會建設(shè)，臭氧氧化技術(shù)在印染廢水、煤化工廢水、反滲透濃縮垃圾滲濾液、廢乳化液等方面有了深一步進(jìn)展，取得了很大的進(jìn)步。
關(guān)鍵詞：臭氧氧化技術(shù)、工業(yè)廢水、臭氧利用率
1.臭氧氧化機(jī)理
1.1 臭氧性質(zhì)
臭氧是一種氧化性極強(qiáng)的不穩(wěn)定氣體，須現(xiàn)場制備使用。臭氧是氧氣的同素異形體，含有 3 個氧原子，呈 sp2 雜化軌道，成離域 π 鍵，形狀為 V 形，極性分子。臭氧在常溫常壓下為淡藍(lán)色氣體，水中的溶解度為 9.2mlO3/L，高于氧氣（42.87mg/L），水中溶解濃度高于 20mg/L 時呈紫藍(lán)色。臭氧有很強(qiáng)的氧化性，氧化還原電位為 2.07V，單質(zhì)中僅低于 F2(3.06V)。
1.2 臭氧的氧化機(jī)理
臭氧能夠氧化大多數(shù)有機(jī)物，特別是氧化難以降解的物質(zhì)，效果良好。臭氧在與水中有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)過程中，通常伴隨著直接反應(yīng)和間接反應(yīng)兩種途徑，不同反應(yīng)途徑的氧化產(chǎn)物不同，且受控的反應(yīng)動力學(xué)類型也不同。
（1）直接氧化反應(yīng)
臭氧直接反應(yīng)是對有機(jī)物的直接氧化，反應(yīng)速率較慢，反應(yīng)具有選擇性，反應(yīng)速率常數(shù)在 1.0~103M-1S-1范圍內(nèi)。由于臭氧分子的偶極性、親電、親核性，臭氧直接氧化機(jī)理包括 Criegree 機(jī)理、親電反應(yīng)、親核反應(yīng)三種。
（2）間接氧化反應(yīng)
臭氧間接反應(yīng)是有自由基參與的氧化反應(yīng)，過程中產(chǎn)生了•OH，氧化還原電位高達(dá) 2.80V，自由基作為二次氧化劑使得有機(jī)物迅速氧化，屬于非選擇性瞬時反應(yīng)，反應(yīng)速率常數(shù)為 108~1010M-1S-1，氧化效率大大高于直接反應(yīng)。此外•OH 與有機(jī)物發(fā)生的反應(yīng)主要有三種：脫氫反應(yīng)（Hydrogen abstraction），親電加成( Electrophilic addition)，轉(zhuǎn)移電子(Electron transfer reaction)。
2 臭氧氧化法的影響因素
⑴ 臭氧濃度
由于臭氧在水中的溶解度比較小，提高臭氧的濃度能夠提高改變臭氧在水中中的溶解平衡，使水中臭氧的濃度上升，進(jìn)而提高臭氧氧化的效果。
⑵ 體系的 pH
反應(yīng)體系的pH對臭氧氧化降解的影響非常大。體系的 pH會直接影響以羥基自由基為主的各類自由基的產(chǎn)生。
⑶ 體系的溫度
體系溫度對反應(yīng)速率有明顯的影響，溫度升高有助于提高臭氧分子在水溶液中自分解產(chǎn)生自由基的濃度，同時溫度提高有助于水溶液的污染物分子與臭氧分子或是自由基的平均分子動能，有利于污染物分子與臭氧分子或是自由基的碰撞，從而提高氧化降解的速率。
3 以臭氧為主體的組合工藝
由于臭氧氧化法在實(shí)際的應(yīng)用中存在一些問題：首先，臭氧的發(fā)生成本較高，同時臭氧的利用率并不高（臭氧在常溫下，臭氧的在水中的溶解度大約在 10mg/L 左右）；其次，臭氧將有機(jī)物徹底礦化的效率還有待提高。為了進(jìn)一步提高臭氧氧化法的效率，提高臭氧的利用率，降低臭氧氧化的運(yùn)行的費(fèi)用，同時進(jìn)一步提高對污染物的去除效率，國內(nèi)外許多學(xué)者開始研究以臭氧為主體的高級氧化組合工藝。
3.1催化臭氧工藝
在氧化體系內(nèi)加入過渡金屬離子，能夠?qū)Τ粞跹趸a(chǎn)生明顯的催化效果，可以催化臭氧在水中的自分解，增加水中產(chǎn)生的·OH 濃度，從而提高臭氧氧化效果。目前，催化臭氧工藝分為兩種類型：均相臭氧氧化和非均相臭氧氧化。均相臭氧氧化是指在水中加入一些溶解性的過渡金屬離子以達(dá)到催化臭氧氧化的效果。
3.2 H2O2/O3工藝
當(dāng)臭氧投量較低時不斷提高 H2O2的投加量能夠不斷提高氧化降解的效果，但是當(dāng)臭氧投量較高的情況下當(dāng) H2O2的投加量達(dá)到某一值之后在繼續(xù)增加其投量對提高催化效果沒有明顯的提升。Yu]等人的研究指出采用 H2O2催化臭氧降解 2,4-D，實(shí)驗(yàn)結(jié)果指出可以有效地催化臭氧自分解產(chǎn)生更高濃度的·OH，有效地提高了臭氧降解 2,4-D 的礦化率。
3.3光催化/O3工藝
有研究顯示通過光催化技術(shù)能夠大大提升臭氧氧化的效果，所以光催化/O3工藝開始不斷被國內(nèi)外學(xué)者開始研究與逐步開始應(yīng)用，并逐漸發(fā)展為一種獨(dú)立的高級氧化技術(shù)來對待。
3.4電化學(xué)/O3工藝
電解過程的陰陽兩極反應(yīng)的產(chǎn)物通常是臭氧自分解產(chǎn)生自由基的引發(fā)物。這一發(fā)現(xiàn)為電解法和臭氧氧化耦合并用提供了理論基礎(chǔ)，并且國內(nèi)外的部分學(xué)者開始研究這一技術(shù)，但是目前這一領(lǐng)域的研究還不多，機(jī)理與處理效果的分析還不夠透徹。
5.臭氧氧化技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用
5.1臭氧氧化技術(shù)處理印染廢水
由于印染廢水中多含有偶氮染料等成分，所以導(dǎo)致印染廢水色度高并且難以生化處理。目前較多的是采用絮凝、吸附等分離方法處理印染廢水，但是一方面這些方法費(fèi)用較高，另一方面并沒有徹底降解去除廢水中的偶氮染料等污染物，可能存在二次污染問題。臭氧氧化法由于其高效性，適用于處理高色度的廢水，目前以逐漸開始被應(yīng)用于印染廢水的處理中。
5.2臭氧氧化技術(shù)處理垃圾滲濾液
填埋場垃圾滲濾液往往隨著填埋場的“年齡”增長而生化性能不斷降低，往往老齡填埋場的滲濾液可生化性較低，不適宜直接生物處理，通常需要先進(jìn)行物化處理提高其可生化性能再進(jìn)行生物處理；另外隨著膜處理系統(tǒng)在滲濾液中的應(yīng)用，所產(chǎn)生的膜截留濃縮滲濾液往往生化性能也非常低，也需要先進(jìn)行物化處理之后才能進(jìn)行進(jìn)一步的生物處理。所以近些年來臭氧氧化法處理垃圾滲濾液逐漸成為研究熱點(diǎn)。
5.3臭氧氧化技術(shù)處理煤化工廢水
煤化工廢水中難降解有機(jī)物及色度經(jīng)二級處理難以去除，進(jìn)行臭氧深度處理后去除效果明顯，可以明顯降低 CODcr，提高出水可生化性，降低色度，且反應(yīng)迅速，對 pH 要求不嚴(yán)格，出水中臭氧能快速分解，對后續(xù)處理設(shè)施影響小，隨著臭氧制備成本的降低以及臭氧相關(guān)的高級氧化技術(shù)的開發(fā)，臭氧在煤化工廢水深度處理中有廣闊的應(yīng)用前景。
5.4臭氧氧化技術(shù)處理廢乳化液
廢乳化液通過常規(guī)的物理、化學(xué)方法僅用于廢水的預(yù)處理,對廢水中的有機(jī)物降解不徹底,難以滿足其凈化要求,且出水可生化性低,不利于后續(xù)的生化處理,因此,在整個廢水處理工藝中考慮涉及高級氧化處理方法。高級氧化法的原理主要是利用產(chǎn)生的經(jīng)基自由基與水中的難降解有機(jī)物發(fā)生反應(yīng),從而提高廢水的可生化性。高級氧化技術(shù)由GLaze首次提出的,是指氧化過程中有大量強(qiáng)氧化性能的輕基自由基參與的深度氧化技術(shù),是目前國內(nèi)外高效且具有創(chuàng)新性的污水處理技術(shù)。
6.結(jié)論
臭氧氧化與其他水處理過程結(jié)合，形成臭氧的高級氧化處理，其本質(zhì)都是產(chǎn)生了氧化性更強(qiáng)、選擇性較低的羥基自由基，因此能降解各類廢水中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、可生化性底的污染物，不形成二次污染，在廢水處理有著廣闊的前景，目前臭氧高級氧化技術(shù)仍有問題徐啊喲解決，例如：臭氧能耗較高，產(chǎn)率較低，以及提高臭氧在水中的溶解度等等，臭氧氧化法廢水的研究與應(yīng)用在國內(nèi)外還處于起步階段，作用機(jī)理有待深入研究，但他在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用潛力越來越受到人們的重視，隨著高效低耗新型臭氧發(fā)生裝置的開發(fā)，是高級氧化技術(shù)對水體中有毒有害難降解的污染物具有較強(qiáng)的應(yīng)用優(yōu)勢，以其高效、快速、無二次污染等眾多優(yōu)點(diǎn)，開創(chuàng)更加美開闊的前景。
標(biāo)簽:臭氧催化氧化(23)
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