解讀臭氧技術(shù)在污水處理領(lǐng)域的拓展應(yīng)用

    1、強(qiáng)氧化性

　　臭氧的氧化能力幾乎是目前所知氧化劑中最強(qiáng)的。同時(shí)臭氧在水中的分解速度很快.在含有雜質(zhì)的水溶液中能迅速回復(fù)到氧氣的狀態(tài)，其衰期為5.30min，若水溫接近0℃時(shí)能更穩(wěn)定些。另外還有研究表明，臭氧在水中的分解速度隨水溫和pH值的提高而加快，由于臭氧具有強(qiáng)氧化性，因此能與除了金、鉑外的所有金屬發(fā)生反應(yīng)，能氧化許多有機(jī)物。

　　2、易分解性

　　臭氧的化學(xué)性質(zhì)比較活躍，在常溫下就可以分解為氧氣，并在分解的過程中釋放出284kJ／mol的熱量，具體用化學(xué)式來表示就是：

　　2O3=3O2

　　臭氧在空氣中的分解速度跟溫度和臭氧自身的濃度有關(guān)，研究證明，當(dāng)外在空間的溫度越高、臭氧的濃度越大，其分解的速度也就越快；而臭氧在水中分解的速度是跟水溫與酸堿度(pH)有關(guān)，水溫越高時(shí)臭氧的分解速度越高，而pH值越高，也就是水的堿性越強(qiáng)使，臭氧的分解也就越快[3][4]。

　　3、強(qiáng)腐蝕性

　　由于臭氧具有很高的氧化性，所以除了鉑和金以外，臭氧幾乎可以氧化在空氣中的所有金屬，所以這也體現(xiàn)了臭氧的腐蝕性。而且臭氧對(duì)非金屬材料也有強(qiáng)烈的腐蝕作用?；谶@種原因，在實(shí)際的生產(chǎn)中常使用25%的鉻鐵合金來制造臭氧發(fā)生設(shè)備.而且在發(fā)生設(shè)備和計(jì)量設(shè)備中，不能用普遍的橡膠作密封材料，必須采用耐腐蝕的硅膠或者耐酸橡膠[3][4]。

　　三、臭氧的作用

　　基于以上臭氧的特性，在污水處理及再生水領(lǐng)域我們可以利用臭氧技術(shù)實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：

　　1、臭氧消毒

　　1.1臭氧消毒的機(jī)理

　　臭氧在水中滅菌有兩種方式：一種是臭氧直接作用于細(xì)菌的細(xì)胞壁，將其破壞并導(dǎo)致細(xì)胞的死亡；另一種是臭氧在水中分解時(shí)釋放出自由基態(tài)氧[5]。自由基態(tài)氧具有強(qiáng)氧化能力，可以穿透細(xì)胞壁，氧化分解細(xì)菌內(nèi)部氧化葡萄糖所必須的葡萄糖氧化酶，也可以直接與細(xì)菌、病毒發(fā)生作用，破壞其細(xì)胞器和核糖核酸，分解DNA、RNA、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)類和多糖等大分子聚合物，使細(xì)菌的物質(zhì)代謝和繁殖過程遭到破壞；還可以滲透細(xì)胞膜組織，侵入細(xì)胞膜內(nèi)作用于外膜脂蛋白和內(nèi)部的脂多糖，促進(jìn)細(xì)胞的溶解死亡，并且將死亡菌體內(nèi)的遺傳基因、寄生菌種、寄生病毒粒子、噬菌體、支原體及熱原(細(xì)菌病毒代謝產(chǎn)物、內(nèi)毒素)等溶解變性滅亡。也有學(xué)者認(rèn)為，臭氧作用于細(xì)胞的表面，改變了細(xì)胞膜的滲透特性，最終導(dǎo)致細(xì)胞組分泄露到中間介質(zhì)中[2]。

　　臭氧對(duì)細(xì)菌的滅活反應(yīng)總是進(jìn)行得很迅速。與其他殺菌劑不同的是，臭氧能與細(xì)菌細(xì)胞壁脂類雙鍵反應(yīng)，穿入菌體內(nèi)部，作用于蛋白和脂多糖，改變細(xì)胞的通透性，從而導(dǎo)致細(xì)菌死亡。臭氧還作用于細(xì)胞內(nèi)的核物質(zhì)，如核酸中的嘌呤和嘧啶破壞DNA。臭氧對(duì)病毒的作用首先是作用于病毒衣體殼蛋白的四條多肽鏈，并使RNA受到損傷，特別是形成蛋白質(zhì)。噬菌體被臭氧氧化后，電鏡觀察可見其表皮被破碎成許多碎片，從中釋放出許多核糖核酸，干擾其吸附到寄存體上，臭氧殺菌徹底[6]。

　　1.2影響臭氧消毒的因素

　　臭氧在用于飲用水消毒時(shí)具有極高的殺菌效率，但在污水消毒時(shí)往往需要較大的臭氧投加量和較長(zhǎng)的接觸時(shí)間。影響消毒效果的主要因素總結(jié)如下。

　　1.2.1原水pH的影響

　　通過動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)，在固定氣體流量(Q=10L／h)的條件下，考查了在不同pH值時(shí)，臭氧對(duì)實(shí)驗(yàn)用水的消毒效果。以pH=6.7和pH=8.0時(shí)為例[7]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，時(shí)間相同的條件下，在水質(zhì)呈酸性時(shí)臭氧的存在時(shí)間要長(zhǎng)于水質(zhì)偏堿性時(shí)的存在時(shí)間，故水質(zhì)顯酸性時(shí)的消毒效果優(yōu)于堿性條件下的消毒效果。

　　1.2.2水中其他物質(zhì)的影響

　　主要是水中含COD、NO2-N、懸浮固體、色度等，這些物質(zhì)會(huì)消耗水中的臭氧。有時(shí)還出現(xiàn)污水臭氧消毒后COD增加的現(xiàn)象，這主要是因?yàn)槌粞鯇⑺须y降解的惰性物質(zhì)氧化為小分子物質(zhì)或者將一些環(huán)狀有機(jī)物開環(huán)，從而提高了原BDOC[8]，在臭氧消毒之前對(duì)原水進(jìn)行預(yù)處理，盡量徹底的去除有機(jī)物是十分必要的。

　　1.2.3臭氧投加量和剩余臭氧量的影響

　　不同水質(zhì)所需的臭氧投加量不同，臭氧的投加劑量越大、接觸時(shí)間越長(zhǎng)，出水水質(zhì)越好[10-11]。MPetala對(duì)普通活性污泥法二級(jí)出水進(jìn)行深度處理，再經(jīng)臭氧消毒后出水達(dá)到美國(guó)EPA回用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

　　1.2.4臭氧接觸方式的影響

　　臭氧在水中分解迅速，根據(jù)氣液傳質(zhì)原理，增加臭氧的傳質(zhì)效率可提高臭氧的利用率，因此選用不同的投加方式，臭氧的利用率不同。

　　2、臭氧技術(shù)在污水處理中的脫色作用

　　臭氧的強(qiáng)氧化性也可用于降低BOD、COD、脫色、除臭、除味、殺藻，除鐵、錳、氰、酚等[15]。目前臭氧氧化法主要用于印染廢水處理等。其中以脫色應(yīng)用由為重要。

　　按照國(guó)家2003年7月1日正式實(shí)施的《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918—2002)4.1.2.1款規(guī)定，當(dāng)污水處理廠出水作為城鎮(zhèn)景觀用水和一般回用水等用途時(shí)，污水處理廠出水水質(zhì)執(zhí)行一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的A標(biāo)準(zhǔn)，色度≤30。要求對(duì)再生水進(jìn)行脫色、除嗅、滅菌處理[16]。

　　臭氧對(duì)水體中的著色有機(jī)物具有氧化分解作用微量的臭氧就能起到良好的效果。著色有機(jī)物一般是具有不飽和鍵的多環(huán)有機(jī)物，用臭氧進(jìn)行處理時(shí)能夠打開不飽和化學(xué)鍵，使分子斷鍵.從而使水變清。

　　四、實(shí)例及應(yīng)用：

　　1、筆者對(duì)江蘇沭陽化工園區(qū)污水處理廠及北京延慶污水處理廠的進(jìn)出水分別進(jìn)行了采樣比對(duì)：

　　采樣結(jié)論(在水樣采集期間)：

　　(1)脫色效果明顯，出水水質(zhì)指標(biāo)穩(wěn)定。

　　(2)污水處理廠出水水質(zhì)均符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　2、筆者同美國(guó)賽萊默(Xylem)公司技術(shù)人員進(jìn)行了溝通和交流，特別是桐鄉(xiāng)鳳棲水處理項(xiàng)目中臭氧技術(shù)利用的可靠性進(jìn)行了詳細(xì)了解。目前，在水處理行業(yè)臭氧設(shè)備已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模，特別是設(shè)備的集約化大大方便了偏遠(yuǎn)地區(qū)、經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)。也為本文方案的提出拓展了思路。

　　五、存在的問題：

　　(1)臭氧的制備成本較高、能耗較大。

　　(2)消毒效果受水質(zhì)影響較大。

　　(3)對(duì)于臭氧消毒副產(chǎn)物的研究較少，增加了使用臭氧消毒的風(fēng)險(xiǎn)。

　　隨著污水深度處理技術(shù)和污水回用的普及，臭氧消毒的研究和應(yīng)用將會(huì)越來越多，臭氧與其它消毒方法的復(fù)合消毒將是今后發(fā)展的趨勢(shì)。

　　六、結(jié)論

　　臭氧特性明確、機(jī)理清晰、技術(shù)成熟。既能有效的應(yīng)用于高污染企業(yè)污水處理，又能夠很好的脫色、消毒應(yīng)用于再生水的處理。可以設(shè)想：在中國(guó)西部地區(qū)(例如新疆)這樣的石油礦產(chǎn)豐富，相關(guān)產(chǎn)業(yè)興起，由此產(chǎn)生大量高污染廢水，同時(shí)新疆又是水資源嚴(yán)重匱乏的地區(qū)之一。如果利用臭氧技術(shù)從治理高濃度水污染開始，作為一個(gè)流程直接將污水處理成為再生水標(biāo)準(zhǔn)，這樣，及解決了高污染水的處理問題，又同時(shí)解決了當(dāng)?shù)厮Y源匱乏問題。這應(yīng)該是明智之舉。

　　目前，這個(gè)由高濃度污染廢水直接利用臭氧技術(shù)達(dá)到再生水標(biāo)準(zhǔn)的方案路線已經(jīng)應(yīng)用于新疆五五工業(yè)園污水處理廠項(xiàng)目中。

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