臭氧氧化及其聯(lián)合技術在廢水處理中的應用

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        摘要 : 臭氧具有極強的氧化能力，其反應產(chǎn)生的物質一般對環(huán)境污染很小 。綜述了臭氧處理單元的幾種方式 、臭氧聯(lián)合技術及其在處理城市污水及工業(yè)污水中的應用 , 并概述了臭氧氧化技術的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢。

關鍵詞 : 臭氧氧化 ; 臭氧聯(lián)合技術 ; 廢水處理

       臭氧是一種氧化性很強的強氧化劑 , 長期以來就被認為是一種有效的氧化劑和消毒劑 , 早在20 世紀初就被用作了飲用水的消毒處理 。臭氧能氧化水中許多有機物 , 但臭氧與有機物的反應是選擇性的 , 而且不能將有機物徹底分解為 CO2 和 H2O , 臭氧氧化后的產(chǎn)物往往為羧酸類有機物 。要提高臭氧的氧化速率和效率 , 進行徹底的礦化處理 , 就必須采用其它措施促進臭氧的分解而產(chǎn)生活潑的?OH自由基 。因此 , 臭氧技術由原來的單獨使用逐漸發(fā)展為與其它方法聯(lián)合使用 ,同時臭氧處理單元自身也有很大發(fā)展。

1臭氧的基本性質

 臭氧的氧化還原電位僅次于 F2 , 其在廢水處理中的應用主要是利用這一特性 。臭氧的凈水機理目前尚無確定的結論 , 普遍認為是臭氧離解而產(chǎn)生?OH自由基 。它是在水中已知的氧化劑中最活潑的氧化劑 , 很容易將各種類型的有機物氧化。但是臭氧的化學性質極不穩(wěn)定 , 在空氣和水中都會慢慢分解成氧氣 , 尤其是在非純水中 , 分解速度以分鐘計算。因此 , 這就促使人們尋找其它的降解技術與其結合使用 , 以提高?OH生成量和生成速度 。

1.2臭氧處理單元

臭氧處理單元是在臭氧單獨操作的基礎上發(fā)展起來的 。在以提高?OH生成量和生成速度為主要研究內(nèi)容的方法的基礎上 , 臭氧處理單元操作技術得到了長足的發(fā)展 , 如光催化臭氧化 、堿催化臭氧化和多相催化臭氧化等 。一些研究結果表明 , 光催化臭氧化的氧化效果較堿臭氧化的效果好 , 但目前還沒有進行足夠的研究來比較光催化臭氧化與多相催化臭氧化的優(yōu)劣 。多相催化臭氧化技術中關于高效催化劑的研制以及其催化機理的揭示還有待于進一步研究 。

2　臭氧聯(lián)合技術

 由于臭氧的強選擇性及分解有機物的不徹底性 , 以及自身易與其它技術相聯(lián)合的特點 , 使其逐漸由單獨使用發(fā)展到與其它廢水處理技術聯(lián)合使用 。臭氧聯(lián)合技術比較多 , 一般可分為以下幾種 : O3+ 超聲波法 、O3+ 活性污泥法 、O3+ 膜處理法 、O3+ 混凝法 、O3+ 生物活性炭吸附法 。這些方法對不同的廢水各有優(yōu)缺點 , 因此根據(jù)廢水中難降解物質和有毒物質的不同而選用不同的工藝才能達到較好的效果 。

3　臭氧處理單元 、臭氧聯(lián)合技術在廢水處理中的應用

廢水處理包括城市生活污水 、工業(yè)污水與醫(yī)療污水 , 主要目的是去除污染物 、殺菌消毒 , 并脫色除味 , 以達到排放標準 。

3.1處理城市污水中的應用

由于臭氧處理的高投資 , 所以一般在城市生活污水處理中 , 臭氧處理單元一般是在常規(guī)處理之后對中水進行消毒處理作為城市景觀 、沖廁等方面的用水 。利用臭氧處理其主要目的是消毒并降低生物耗氧量 (BOD) 和化學耗氧量 ( COD) , 去除亞硝酸鹽 、懸浮固體及脫色 。當臭氧用量為20 mg/ L時 , 污水中 COD 、BOD 、SS、氨氮 、致癌物質和色度分別降低 40 %、70 %、60 %、20 %、80 %和 90 %。對二級出水分別采用了臭氧無催化氧化 、臭氧堿催化氧化 、臭氧/ 過氧化氫氧化和臭氧加過渡性金屬離子/ 過氧化氫催化氧化工藝 。試驗表明 , 臭氧/ 過氧化氫氧化工藝能達到較好的效果 ,在ρ( H2O2 ) = 3 mg/ L 時 , 投加臭氧 13 mg/ L , CODcr 由原來的 4510 mg/ L 降至 20 mg/ L 。通過臭氧氧化的深度處理 , 使得城市污水經(jīng)過生化處理后所殘留的活性污泥和溶解性有機物得到了處理 ,能使這部分水回用于生產(chǎn)。

 3.2 臭氧在工業(yè)廢水處理中的應用

由于工業(yè)廢水的成分復雜 、處理困難 , 所以近年來 , 臭氧聯(lián)合技術在工業(yè)廢水的處理中應用廣泛 。對于可生化性較差的化工廢水 、高度變污醫(yī)療廢水等 , 采用臭氧預氧化處理 , 能夠較好地改善廢水的可生化性 , 為后續(xù)生物處理創(chuàng)造條件 。

3.3臭氧醫(yī)藥廢水的處理 　大多醫(yī)藥廢水 COD 較高 、可生化性差 , 單純靠物理化學方法處理成本高不經(jīng)濟 , 普通的生化處理又根本行不通 , 所以可以先用臭氧預處理 , 主要是為了提高廢水的可生化性 , 為后續(xù)生物處理降低難度 , 同時降低 COD 。李發(fā)站等[10 ] 對某醫(yī)藥化工廠排放的醫(yī)藥廢水通過臭氧/ UASB/ 接觸氧化聯(lián)合作用 , 廢水原水質 : COD 為 14 000～15 000 mg/ L , BOD5 檢測不到 , 經(jīng)過 5 min 臭氧氧化 , COD 去除率達 40 %左右 , 經(jīng)預處理后廢水的ρ(BOD5 ) / ρ( COD) ≥013 ,可生化性得到明顯改善。

3.4 臭氧對印染廢水的處理 　印染廢水對環(huán)境的污染很嚴重 , 其水量大 、水質波動大 、污染物成分復雜且含量高 , 色度 、化學需氧量 ( COD) 和生化需氧量 (BOD) 均較高 , 是國內(nèi)外難處理的工業(yè)廢水之一 。臭氧氧化技術是利用 O3 分子反應選擇性強 , 能與含雙鍵的染料直接發(fā)生加成反應 , 使染料開環(huán)脫色 , 并提高廢水的可生化性。此外 , O3 在紫外線 ( UV) 作用下 , 轉化為?OH等強氧化性物質 , 與有機物反應 , 使染料的發(fā)色基團中的不飽和鍵斷裂 , 生成相對分子質量小 、無色的有機酸 、醛等 , 達到脫色和降解有機物的目的。利用 O3 / UV 氧化與常規(guī)生化組合 ,先利用生化法將可生化有機物大部分去除 , 剩余不可生化污染物用 O3 / UV 氧化 , 以降低臭氧的消耗及處理成本 , 提高出水水質。采用生化和 O3 / UV 氧化組合的方法處理印染廢水 , 進水水質為 COD 897 mg/ L , BOD 394 mg/ L , 色度 210 倍 , 處理后 COD 為 58 mg/ L , 色度 0 倍 。通過該處理出水可達到 B 4287 - 1992 紡織染整工業(yè)水污染物排放標準《G的一級排放要求》 。

3.5 臭氧對含酚廢水的處理 ，含酚廢水是比較普遍且危害性很嚴重的工業(yè)廢水之一 , 酚是一種公認的致癌 、致畸 、致變的 “三致”物質 , 處理工業(yè)含酚廢水已是工業(yè)廢水方面急待解決的問題之一 。研究表明 , 對于含酚量為 227 mg/ L , pH 值為 713～716 , 水溫為 13～40 ℃的焦化廠廢水 , 經(jīng)過臭氧氧化處理后 , 水中的含酚量降低了 98 %。

3.6　對垃圾滲濾液的處理 　垃圾滲濾液是一種污染性極強的高污染物含量有機廢水 , 其中有機污染物高達 77 種 , 其中促癌物 、輔致癌物 5 種 , 被列入我國環(huán)境優(yōu)先控制污染物 “黑名單”  。并且垃圾滲濾液對周邊環(huán)境 、填埋場土層及地下水都會造成極大的污染 。采用生物 - 臭氧氧化技術對垃圾滲濾液進行處理研究 , 實驗表明 , 經(jīng)臭氧氧化后 , 可以有效降低垃圾滲濾液生物處理出水的 CODcr 值 ; 垃圾滲濾液生物處理出水臭氧氧化后 , 其生物降解性隨氧化時間的增加存在極值 , ρ(BOD5 ) / ρ( CODcr ) 在 0128 上下波動 , 為可降解廢水 ; 結合處理的經(jīng)濟性可以采用生物 - 臭氧 - 生物的聯(lián)合技術處理垃圾滲濾液 。