臭氧在水处理中的制约因素及缓解措施

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【摘要】臭氧在我们的日常生活生产中运用得越来越广泛，它作为一种强氧化剂，具有强有利的杀菌，除污染物质，阻垢，除臭除味等功效，在水处理技术中得到的很好的应用和推广，目前已被世界上很多国家的自来水厂使用。同时在水处理中存在一部分制约因素，本文针对这些方面，提出了对应的缓解措施。

【关键词】臭氧；强氧化剂；功效；制约因素；缓解措施

中图分类号： TQ123.2文献标识码：A 文章编号：

前言

臭氧在广泛应用于我们的日常生活中时，由于自身的局限性，在水处理和其他物质的反应过程中产生了很多制约因素，影响了臭氧在水处理技术中的应用，我们当下的课题就制约因素进行研究分析，从而得出最佳的缓解措施。

二、臭氧在水处理技术中的现状

1饮用水处理

臭氧在饮用水处理上我们主要关注2个问题，即有效地杀菌消毒和去除微污染物质。臭氧具有很强的杀菌消毒和氧化去除微污染物质的作用，其杀菌能力为氯的数百倍，氧化能力为氯的2倍。臭氧目前已被世界上很多自来水厂应用。

2冷却水处理

工业用水中70％是作为冷却水。现在循环冷却水方面的问题是循环冷却水浓缩倍数提高，加剧了冷却系统的腐蚀、结垢及微生物生长等危害，以致影响设备的传热效率，威胁设备的寿命。用臭氧具有杀菌、灭藻、缓蚀和阻垢的功效，可代替传统的化学药剂处理循环冷却水，不会对环境造成污染。

3废水处理

臭氧不仅能氧化水中的无机物，而且可以氧化难以用生物降解的有机物。如芳烃化合物等。目前臭氧技术已应用于：处理含酚废水(2～2．5mgO3／mg酚)；处理含油废水(1．0～1．5mgO3／mg油)；处理表面活性剂废水(1．0～1．2mgO3／mg烷烃苯磺酸钠)；处理造纸废水(投加150170mgO3／L时色度降低90％)；处理城市污水．当臭氧投加量为20mg／L时，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％，色度降低60％等．

三、臭氧在水处理中的作用

1.臭氧的杀菌作用

臭氧具有极强的氧化能力，是一种高效杀菌剂，臭氧杀灭水中微生物的效果是氯的600～3000倍，可杀灭水中所有细菌、病毒、孢子虫类以及杀灭藻类。有资料报道，悬液定量杀菌试验中，对大肠埃希菌、金黄色葡萄球菌的杀灭率分别可达99．98％、99．99％，作用5min均可达100％。臭氧对生物的灭活作用主要靠其分解后产生的新生态氧的氧化能力。经过激活的臭氧在水中产生十分活泼和氧化能力较强的新生态氧、羟基、臭氧离子团及氧化离子团等，瞬时，对水中的微生物进行分解，作用于细胞内的脂蛋白和脂多糖，改变细胞的通透性，导致细胞死亡。

2.去除水的色、臭味

水中的色、臭味主要由其中含有的腐殖质、藻类等有机物分解产生，这些化合物含有双键和单交替排列的有色基团，而臭氧能使这些双键断裂，形成酮、醛和酸，从而去除水中的颜色。臭氧通过破坏藻类的代谢过程可去除因藻类的代谢产物产生的臭味。由于臭氧水处理速度快，不产生二次污染，操作方便，可以利用空气就地制备，因此，，它在脱色、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 。

3.氧化有机物

有机物很容易被臭氧氧化，生成易于生物降解的氧化有机物，然后过滤即可除去。有时可能转化为高级的氧化物，这时须再加氯，以免出现剩余溶解有机碳含量高，配水管网中细菌和粘泥大量生成的结果。臭氧和活性炭结合使用的生物活性炭法，就是将加过臭氧的水，再经过活性炭上微生物的作用，得到优质的饮用水。

4.去除水中的一般化学物质:除铁、除锰

臭氧的强氧化特性能将水中的二价铁和二价锰氧化成三价铁、三价锰和四价锰，除铁锰效果稳定，臭氧可氧化去除污水中的硫化物，对硫化物和氰化物的去除率在条件适当时达98％以上。臭氧可氧化酚类化合物，．其最终产物为二氧化碳和水。同时臭氧可选择性地去除水中的农药，其可在很短的时间内(约15min)消除水中一定的有机磷农药，氧化后的分解产物有待进一步研究。

四、水处理中的制约因素

1.臭氧在水处理中产生的副产物

臭氧在处理微污染水源水时，会因水质不同产生一些不利于人体的有机和无机副产物．由于在实际应用中臭氧的投加量有限，不可能将水源中的有机物彻戎氧化成无机物，而会产生中间产物，即臭氧处理的副产物。

(一)有机副产物

臭氧可氧化水中多数有机物，如：蛋白质、氨基酸、木质素、腐殖酸、链式不饱和化合物、芳香烃、缩环化合物等等．在臭氧的作用下，不饱和化合物形成臭氧化物，臭氧化物水解，不饱和烃断裂，就会形成较小的有机分子，这些生成物有：甲醛、丙酮酸、丙酮醛、和乙酸等，其产量一般与原水中有机物浓度成正比．有机副产物中，酸类对人体无大的危害。而

醛类是致癌和致突变物质．

(二)无机副产物

在给水处理中，臭氧氧化生成的副产物最受关注的是溴酸根，它是一种可能致癌物．溴酸根是臭氧与水中溴离子反应生成，当原水中溴化物含量高，pH值越低时，生成溴酸根的量越大．

2.臭氧技术单独使用其效能不佳

臭氧发生器能耗高、臭氧产率低，臭氧浓度一般为10~33g／m3，对于高浓度的有机废水使用单独的臭氧氧化技术，耗时较长．如在含TOC为550m_g／L的刚果红废水中，刚果红要经过4～5h的臭氧氧化才能达到最佳效果．因此，单独使用臭氧技术来进行水处理的效能不佳，我们试图在探讨更好的方法的结合。

五、缓解制约因素的措施

1.降低给水处理中副产物的方法

(一)氨氮的抑制作用

在原水中投加少量的氨氮，可抑制溴酸根和醛类的生成，反应机理如下：

HBrO+NH3NH2Br+H2O

NH2Br+3O3 NO3+Br一十3O2+2H

3HBrO+2 NH3 N2+3HBr+3H2O

CH3CHO +NH2BrCH3CN +HBr+H2O

CH3CN +2HBrO CHBr2CN +2H2O

溴化物与臭氧反应过程中产生的次溴酸根和氨氮反应很快，能抑制溴酸根的生成，生成的溴胺在臭氧氧化下将硝酸化，而且溴胺还可以与水中的醛类发生反应，从而减少了醛类的生成量．

臭氧与活性炭联用

臭氧与活性炭(R，GAC，&)联用，可以吸附有机物和微生物，使活性炭表面形成生物膜，增加了有机物的可降解性，从而降低了醛类的生成．同时可以还原生成的溴酸根副产物，溴酸根被表面碳元素还原。当进水中B为25～100L，DOC为0．2～5．1m_g／L时，GAC接触时间3～10min，出水中B可降至检测限以下．

臭氧冷却水系统的缓蚀措施

降低冷却水系统的腐蚀，可通过控制臭氧的浓度和停留时间或联合使用缓蚀剂和阻垢剂．采用臭氧连续注加法，即加入少量特种金属阻蚀剂．在水泵的出水口设置一个臭氧投入点，臭氧量控制在0．1～0．15m_g／L，停留时间在10~60min，铜的腐蚀速率低于0．01mm／a．

臭氧联用技术可使臭氧的效能提高

研究表明，臭氧氧化污染物的途径有2种：

一是臭氧通过亲核或亲电作用直接与污染物反应，如：O3+CNOCN+O2

OCN+O3CO2+N2+O2

二是臭氧在一些介质作用下，与OH和H2O反应，生成强氧化性的自由基,通过活泼的自由基(主要是OH·)与污染物反应．可见，要提高臭氧的效能，重点应提高水中羟基自由基的量，而臭氧与活性炭(BAC法)、臭氧与双氧水(o3／H2o2法)、臭氧与紫外光(o3／UV法)等方法联用均能产生大量的强氧化性的羟基自由基。

除此之外，也可以对污水进行前期处理后．再臭氧化，来提高臭氧的利用效率．如当SS含量较高时采用絮凝沉淀处理后，再进行臭氧化，可以降低臭氧的使用量，降低费用．

结束语

针对臭氧技术在水处理技术中产生的制约因素，如何采用臭氧联用技术，活性炭联用技术，氨氮的抑制技术才消除这些制约因素是我们将不断研究和完善的重要课题，有待我们进一步探索。

参考文献：

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