臭氧在市政污水处理中的应用
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摘要:由于臭氧具有很强的氧化性,同时易分解,所以在城市的污水处理上得到了广泛的应用。本文简要的从臭氧的氧化性、分解性和腐蚀性上分析了臭氧的基本特质,并简要讲述了臭氧处理污水的具体流程,并以饮用水的消毒和对水体的除臭脱色方面为例简单介绍臭氧的实际应用。
关键词:污水处理 臭氧 城市 氧化性
一、臭氧的基本性质
(一)臭氧的氧化能力
臭氧的氧化能力很强,几乎是目前所知道的氧化剂中最强的,这一点可以通过氧化还原电位中结果的比较上来实现,在具体的氧化还原电位中,氧气(O2)、氯气(Cl)、二氧化氯(ClO2)、氧化锰(MnO2)所产生的标准电位都没法跟臭氧相比,同时臭氧在水中的分解速度很快.在含有杂质的水溶液中能迅速回复到氧气的状态,其衰期为5-30min.若水温接近0℃时能更稳定些。研究表明。臭氧在水中的分解速度随水温和pH值的提高而加快,由于臭氧具有强氧化性,因此能与除了金、铂外的所有金属发生反应,能氧化许多有机物,极易与-SH、=S、-NH、=NH、-OH和-CHO等反应;与芳香族化合物也能反应.但速度慢些,对于脂肪族化合物几乎没有效果。
(二)臭氧的易分解性
臭氧不但具有强氧化性的特点,其化学性质也比较的活跃,在常温下就可以分解为氧气,并在分解的过程中释放出284 kJ/mol的热量,具体用化学式来表示就是:
2O3=3O2
臭氧在空气中的分解速度跟温度和臭氧自身的浓度有关,研究证明,当外在空间的温度越高、臭氧的浓度越大,其分解的速度也就越快;而臭氧在水中分解的速度是跟水温与酸碱度(pH)有关,水温越高是臭氧的分解速度越快,而pH值越高,也就是水的碱性越强使,臭氧的分解也就越快。
(三)臭氧的腐蚀性
由于臭氧具有很高的氧化性,所以除了铂和金以外,臭氧几乎可以氧化在空气中的所有金属,所以这也体现了臭氧的腐蚀性,而且臭氧对非金属材料也有强烈的腐蚀作用。基于这种原因,在实际的生产中常使用25%的铬铁合金来制造臭氧发生设备.而且在发生设备和计量设备中,不能用普遍的橡胶作密封材料,必须采用耐腐蚀的硅胶或者耐酸橡胶。
二、臭氧工艺处理污水的流程
(一)能量需求
臭氧工艺处理中的能量需求主要指的是对电力的需求,作用就是要提供将氧转化为臭氧的能量,同时在对配料气的准备、臭氧的接触和尾气破坏上都需要电力上能量的提供,同时还包括在工艺仪表、检测设施的使用上。
(二)配料气的准备
臭氧的发生是用空气、富氧空气或高纯度氧发生的。如果使用空气发生臭氧,在将它导入臭氧发生器以前,必须先去除湿气、颗粒物、油雾。如果不将这些杂质去除会对臭氧发生过程形成危害。
同时,在对空气的改善上要做到以下几方面的内容:首先要将配料气中的空气进行压缩,并将压缩后的空气进行冷却和干燥,最后再将处理后的空气进行过滤。如果这里需要用到纯氧,那么则需要相应的针对纯氧的性质和要求来对步骤进行改善。
(三)臭氧发生
由于臭氧化学性质不稳定,发生后很快分解成氧气,因此必须就地发生。当今最有效的生产臭氧的方法是放电法。在一个由高压电极和低压电极形成的电场区域内,当干燥氧气或空气流经过这个由电极和阻挡介电质形成了介电室时,在高电压/高密度电流作用下,氧分子在电子轰击下形成氧原子,氧原子和氧分子结合形成臭氧。
(四)臭氧接触
由臭氧发生器产生出来的臭氧,需要一种臭氧接触反应系统将臭氧投入到污水中并使之与污水中的有机物、细菌、金属离子等进行化学反应及消毒生化反应过程。传统上常采用逆流挡板接触器,臭氧在第一室或者第三室加盖接触池中接触。臭氧用多孔扩散器或注射器由第一室底部引入。在第一室中发生快速臭氧反应,然后污水与臭氧的混合体进入第二室进行较缓慢的反应。第三反应室用以完成缓慢反应,并使臭氧得以分解。
(五)尾气破坏
因为臭氧是一种特别刺激而有毒的气体。从接触器排出的尾气应进行收集并对所有的残余臭氧进行解析。
三、臭氧在污水处理中的应用
(一)饮用水的消毒和深度处理
在传统的饮用水处理工艺中大多使用氧气或次氯酸钠作为消毒剂和氧化剂。氯能有效杀灭水中的细菌.但近年来发现氯处理产生的一些副产物如三氯甲烷等有机卤代物具有一定的毒性,甚至有致癌、致畸、致突变作用。为此.饮用水的臭氧处理技术受到重视和深入研究。研究表明臭氧不仅具有很强的消毒杀菌作用,还可以氧化去除水中的微污染物质.这些微污染物往往难以生物降解,而且臭氧氧化程度较为彻底.较少产生副产物。
(二)水体的除臭脱色
废水中的有机或无机物含有硫和氮是引起臭味的主要原因.当投入1-2mg/L低浓度的臭氧于废水中时。就可氧化这些物质起到除臭效果。值得一提的是.臭氧作了脱除异昧外.还可防止异味的再产生。这是由于臭氧发生器产生的气体中含有大量的氧气或空气,而产生臭味的物质易在缺氧环境下导致发臭,若采用臭氧处理时,在氧化除臭的同时,形成了富氧环境.可阻止臭味的再产生。臭氧对水体中的着色有机物具有氧化分解作用.微量的臭氧就能起到良好的效果。着色有机物一般是具有不饱和键的多环有机物,用臭氧进行处理时能够打开不饱和化学键,使分子断键.从而使水变清。
随着科学技术的进一步发展,臭氧氧化工艺中所用到的介电体材料、配料气的检测以及对臭氧的接触和破坏等方面的研究成果也会不断的得到完善,会在很大程度上提高臭氧对污水的处理能力,同时降低技术成本和对能量的消耗,从而促进我国在对城市污水处理上的能力。
参考文献:
[1]梅特卡夫和埃迪公司.废水工程处理及回用.秦裕珩,等译.第4版.北京:化学工业出版社,2004
[2]徐新华.水与废水的臭氧处理.北京:化学工业出版社,2003.
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