臭氧高级氧化技术全方位解析

臭氧高级氧化技术全方位解析
1、臭氧高级氧化技术原理
在废水处理中,O3和污染物之间的氧化方式主要有两种方式:直接氧化和间接氧化。
直接氧化就是O3和污染物直接进行氧化反应;间接氧化就是通过一些技术手段使得O3分解并生成羟基自由基,再与有机物进行氧化反应。
在直接氧化中,O3分子和污染物之间是选择性反应,且氧化后总有机碳含量下降不明显,主要是为了将大分子有机物转化成小分子有机物,整体的氧化程度不高,这些被打碎成小分子的有机物通常具有较高可生化性,在工业应用中也有将O3用作工业废水预处理环节增加废水B/C比的应用场景。
在间接氧化中,产生的·OH属于高级氧化中最佳的氧化剂,可以快速氧化甚至矿化水中的有机物,迅速降低水中中有机碳含量,氧化过程不具有选择性,对于广泛的难降解有机物有良好的氧化作用。
牺牲阳极块O3具有杀菌性,通过O3与细胞膜、细胞质及染体上的蛋白质类有机物的接触氧化,可以迅速使蛋白质失活,起到杀菌除菌的效果。
在工业上也有利用臭氧进行脱硫、脱硝及除臭,其本质也是利用O3的氧化性质。
2、臭氧氧化法的影响因素
O3对COD的去除效果很好,但在实际工业应用中,其利用效率并不高。主要原因是污染物中存在一些会大量消耗O3的其他污染物,如度、悬浮物等,使得投放的O3数量和时间都大大延长。
同时,O3投加量和去除效果也会受到接触方式的影响,O3氧化的影响因素主要包括以下几个方面:
臭氧的投加量和水溶的臭氧量
O3投加量的多少直接影响臭氧对COD的去除效果,一般工业上O3的投加与水中COD的去除比例是2-4:1。
水中实际O3的溶解量也会影响COD的去除速率。一般会存在一个臭氧氧化阈值,当水中溶解的臭氧浓度低于某个特定值时,臭氧几乎对COD 没有明显去除。该阈值根据不同水质情况而有一定的变化。
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水质影响
水质影响主要是指当存在其他污染物,如度、NO2-N、悬浮固体等,会影响O3的应用去除效果。
其中工程上对水中SS的考察较多,一般会先通过预处理过滤后再进入O3工段。
汽车分动器pH影响
pH对臭氧氧化降解的影响非常大,体系的pH会直接影响以羟基自由基为主的各类自由基的产生。
接触方式
O3与污水的接触方式对氧化效果也会产生不同的影响。接触方式目前主要有气体曝气盘曝气和射流器方式气液混合,一般工程经验是臭氧用射流器的气液混合效率最高,但运行费用也会增加。
3、臭氧的制备方法
随着臭氧制备技术的发展,臭氧的制备方法也有很多,按其产生方式分类主要有电化学、原子辐射、光化学和电晕放电等几种。
大理石粘接剂工业生产中采用的臭氧源80%以上都是气体电晕放电型的臭氧发生器,小型臭氧发生器的气源可以是空气源也可以是氧气源,而大型臭氧发生器的气源一般采用的氧气源。国外的臭氧发生器一般采用氧气源。
就国内市场而言,采用氧气源相比较空气源可以更加节省臭氧的运行费用,但存在液氧储罐维护的现场问题,所以市场上也接受现场制氧机的方法。目前臭氧制备主流方法有如下三种:
电化学法
作为历史最悠久的方法之一,电化学法是电解含氧电解质产生O3,其具有一些其他方法没有的优势,如电解的O3浓度和纯度较高,目前适用于一些小规模的臭氧应用场景。
光化学法
光化学法通过光源中的高能紫外线分离氧气产生氧原子,并和另一分子氧聚合反应生成O3。在低压汞紫外灯的条件下,其光化学的转化效率只有2%以下,工业应用经济价值并不高。
此法的优点是聚合的臭氧对环境的湿度和温度敏感度较低,并具有较好的数据重复性,而且生成O3与光源的功率成线性相关,故可以通过调整光源的功率,来控制O3的特定产量和特定浓度。
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电晕放电法是指在高压交变电场的条件下,使得氧气产生电晕放电,其高能自由电子使氧分子离解,再通过原子间的碰撞反应聚合成新的臭氧分子。
相比于电化学法和光化学法,电晕放电法具有更大的市场应用价值,目前市售的大中型臭氧发生器基本都是电晕放电法,并通过不断的技术迭代,实现电晕放电成本逐渐降低。
4、臭氧氧化技术在废水处理中的应用
臭氧氧化技术处理印染废水
由于印染废水中多含有偶氮染料等成分,所以导致印染废水度高并且难以生化处理。
目前较多的是采用絮凝、吸附等分离方法处理印染废水,但是一方面这些方法费用较高,另一方面并没有彻底降解去除废水中的偶氮染料等污染物,可能存在二次污染问题。
臭氧氧化法由于其高效性,适用于处理高度的废水,目前以逐渐开始被应用于印染废水的处理中。
臭氧氧化技术处理垃圾渗透液
填埋场垃圾渗滤液往往随着填埋场的“年龄”增长而生化性能不断降低,往往老龄填埋场的渗滤液可生化性较低,不适宜直接生物处理,通常需要先进行物化处理提高其可生化性能再进行生物处理。
另外随着膜处理系统在渗滤液中的应用,所产生的膜截留浓缩渗滤液往往生化性能也非常低,也需要先进行物化处理之后才能进行进一步的生物处理。所以近些年来臭氧氧化法处理垃圾渗滤液逐渐成为研究热点。
臭氧氧化技术处理煤化工废水
煤化工废水中难降解有机物及度经二级处理难以去除,进行臭氧深度处理后去除效果明显,可以明显降低CODcr,提高出水可生化性,降低度,且反应迅速,对pH要求不严格,出水中臭氧能快速分解,对后续处理设施影响小。
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随着臭氧制备成本的降低以及臭氧相关的高级氧化技术的开发,臭氧在煤化工废水深度处理中有广阔的应用前景。
5、臭氧氧化技术与其他技术的组合工艺
双氧水与臭氧联合氧化工艺
双氧水和臭氧的联合使用,属于高级氧化中的催化氧化工艺。
从反应机理分析,双氧水和臭氧的联合使用法属于碱催化臭氧氧化,该方法的特点是通过双氧水与臭氧之间的催化作用产生羟基自由基,其被认为是高级氧化中氧化性最高的物质,可以无选择性地降解有机物。
由于其氧化过程带入的物质反应分解后为水和氧气,不会引入需要后处理的新杂质,故该法首先被应用在水质要求较高的给水工艺中,而后

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