解析臭氧氧化技术在水处理中的应用

乔大鹏

（山西省城乡规划设计研究院，山西 太原 030001）

近年来，随着社会和经济的发展，对水的需求越来越大了，而在生活中产生的废水也越来越多。在地球上提供我们使用的淡水资源不及海洋的四分之一，为了防止对生态环境的影响，给人们提供优质的生活水源，就必须对我们污染的废水进行加工处理，臭氧氧化技术是近年来发展起来的一项技术，怎样很好的利用它还是需要我们进行更深的研究。

1 臭氧氧化技术及氧化的原理

1.1 臭氧氧化技术

由于臭氧具有极强的氧化性，使得在应用臭氧氧化技术时，它对水的处理效果非常好，在与水中的污染物进行反应后也不会产生其它的污染物，也不会出现二次污染的现象。应用臭氧氧化技术时，它需要的设备比较简单，占地面积也比较小，对材料消耗的量少，也不会产生污泥，所以被广泛的应用于各个水处理的工厂中，目前虽然臭氧技术被更多的人所关注，但是最近这些年，随着技术的不断发展，污水处理中臭氧与其他复杂的反应技术也越来越多，但没有进一步的明确技术的定论，因此，要想继续更好地应用臭氧氧化技术，就需要提高臭氧氧化技术的理论知识，从而改进臭氧与其他复杂物质氧化的技术。

1.2 臭氧氧化原理

臭氧在化学性质上是一种强氧化剂，可以在现场直接制备。由于其自身具有极强的氧化性，可以将水中的难降解的有机物分解成小分子的有机物进而得到去除，而臭氧氧化分解水中大分子有机物的途径主要有两条，即臭氧直接反应和间接反应［1］。臭氧直接反应是对有机物的主要反应，它在反应时需要的时间较长，是污水处理厂中比较方便和最常用的方法；臭氧间接反应是在碱性的条件下，臭氧在水中分解后产生羟基自由基，然后通过羟基自由基与有机化合物发生氧化反应，并进行大分子有机物的去除。

2 臭氧氧化技术的性质

2.1 臭氧的物理性质

臭氧是一种很不稳定的气体，在常温下可以自己氧化为氧，所以很容易被分解，释放出热量，它主要分布在10-50km高度的平流大气层中，当浓度超过25%就会很容易发生爆炸，少于1%则会在平常的气温和气压中被分解，相比水和空气，臭氧在水中的分解速度要比在空气中的速度快，因此臭氧在制造和使用时，就需要在当时生产且立刻使用。

2.2 臭氧的化学性质

臭氧很不稳定，在常温下会被慢慢的分解，当温度达到200摄氏度时，它就比氧的氧化性更强，它能将金属也氧化了，还能氧化有机化合物，使许多有机色素脱色，可以缓慢侵蚀橡胶和软木，让有机化合物被氧化，经常用于如：饮料的杀菌和消毒，饮水的消毒，空气的净化、漂白等。由于臭氧的不稳定性，所以在实际生活中它很难保存。

2.3 臭氧在水溶液中的氧化

臭氧在水中能形成强氧化作用的羟基自由基，羟基自由基可以去除大分子的有机物，还可以消毒杀菌。臭氧在水中的分解与温度及PH值有关，如果温度升高，臭氧的分解速度也会随之加快，温度超过100摄氏度时，臭氧产生剧烈的分解，当温度达到270摄氏度时，臭氧直接转化为氧气，随之PH值越高，它的分解也就越快，但在常温和常压的状态下，它的分解时间大约为20分钟左右。

3 臭氧氧化技术的应用

3.1 在饮用水处理中的应用

目前臭氧技术已经在处理水的领域中被广泛引用，臭氧在水处理中起到了很多的作用，现在有很多的臭氧化处理工厂，据研究表明，这项技术加快了水处理的速度，延长了过滤池的使用寿命，减少了冲洗水的用量，并且净化了水的质量。

1）消毒杀菌

臭氧最早被使用是因为它有很强的消毒作用，它可以杀死细菌、大肠杆菌和病毒，当臭氧浓度处于0.01mg/L时，大肠杆菌接触不到一分钟便可被杀死，因此，它的作用远远大于消毒剂，在日常的饮用水中，臭氧的浓度最好在1-4mg/L，大约10-12min便可消灭细菌病毒等。

2）有机物的氧化分解

臭氧可以氧化大部分的有机物，其中它的比例是15：1，1L的有害物质则需要15mg的臭氧，相对来说需要的臭氧的数量是很大的。在饮用水处理时，为了节约成本，通常会采用臭氧低投量法，在进行有机物的氧化分解时，可以先投入少量的臭氧，然后将大分子分解为小分子，并把有害物质分解为无害物，很难降解的物质分解成可降解的物质，然后再利用其他的方法，将所有的有机物分解，使用这种方法不仅让饮用水的质量提升还增加了效率。

3）色、嗅、味的去除

目前去除色、嗅、味技术最好的就是臭氧氧化技术，这样既能提高处理的效率还可以减少臭氧的使用量，据研究，臭氧负荷在1-3mg/mgC时，水中的颜色几乎全部被去除，臭氧浓度为15mg/L时，去除率可达90%。一般在给水处理时，由于原水的色、嗅、味较低，在臭氧投量时只需1-3mg/L，接触时间10-15分钟即可［2］。

3.2 产业废水处理

臭氧氧化技术除了使用在饮用水的处理上，在工业废水处理中的应用也很常见，臭氧可以迅速分解氰络盐，其反应一般分为两步：臭氧首先将剧毒的CN-氧化为低毒的CNO-，然后再进一步将CNO-氧化为二氧化碳和氮气，产业废水中最常见是含酚废水，它与臭氧的反应速度很快，臭氧的投量、时间接触和气泡的大小影响了酚的降解速度［3］。臭氧可以对染料废水进行脱色，臭氧通过对染料基色和助色的破坏，可以达到脱色的效果。

3.3 循环冷却水的处理

循环冷却水处理最重要的是解决换热设备的污垢和腐蚀问题，所以就要保证换热设备的效率和使用年限，否则就会影响换热的效率，耗能也比较多，甚至影响工艺的操作，并存在不安全隐患的因素。循环冷却水的处理制定专门的水处理方案，采用专业的复合水处理制剂并完善相关技术服务体系。近年来，在循环冷却水处理中人们发现，臭氧可以灭菌灭藻类，同时臭氧还可以节水，没有污染，因此至今被广泛应用。

3.4 复合臭氧化水处理技术

由于臭氧的特点，超强氧化性，在使用时也有一定的缺点，例如，它在单独使用的时候不能将所有的有机物或有害物质百分之百进行氧化，它还要受到浓度的影响。随着臭氧技术的发展，复合臭氧化水处理技术发展的越来越好，就出现了很多处理技术如：生物活性炭法、臭氧-双氧水联合氧化法、光催化臭氧化法。

1）生物活性炭法

生物活性炭法是一种将臭氧氧化、活性炭吸附及生物处理相结合的工艺［4］。这种水处理法是应用活性炭物理的吸附性，然后利用活性炭中的微生物对有机物的降解，这样不仅可以延长活性炭的使用寿命，还可以降低水处理的费用，并提高水处理的效率。早在六十年代的欧洲，就利用生物活性炭进行水处理，但并没有被认可，直到美国的学者对活性炭的处理进行了理论上的研究和发表，这才让生物活性炭有了进一步的发展，到现在应用于水处理、城市污水处理、工业废水的处理当中。采用生物活性炭（BAC）法时，臭氧的投量必须严格控制，如果臭氧投量过大，反而会使活性炭吸附后的水质下降，比较合适的臭氧的投量为0.2。

2）臭氧-双氧水联合氧化法

臭氧-双氧水联合氧化系统是污水处理当中的一种高级氧化方法，它对去除天然水体中的有机污染物非常有效，经过研究表明，采用臭氧-双氧水联合氧化法处理废水，效果非常显著，可以将废水的污染物从300mg/L降低到95.3mg/L，色度则由350倍降低到4倍，基本达到了污水回用的标准。它是臭氧和双氧水结合在一起，它的氧化能力远远比臭氧的能力强。

例如，如果只用臭氧，浓度达到8mg/1，分解的时间为10分钟，对有害物质的去除率也不会超过30%；若采用臭氧-双氧水联合氧化法，当臭氧投量为5mg/1，臭氧-双氧水质量比为0.4时，可使用TEC的去除率提高到98%［6］。

4 光催化臭氧化法

光催化臭氧化法又可称为臭氧紫外心法，这种方法不是利用臭氧与有机物进行直接的反应，而是利用臭氧在紫外光的照射下分解有机物，其中紫外线的辐射可以促进污染物的分解，让臭氧更快氧化有机物，缩短了反应的时间。这种方法在复合臭氧化当中使用最广泛，我国在调查光催化臭氧化法使用时，研究表明，光催化臭氧化法能大大降低处理水的成本。

20世纪末，由于工业废水和生活污水的大量排放，使得很多水资源中有机物含量增高，水污染严重，自新《生活饮用水卫生标准》开始实施，加强了对水处理的要求，在进行研究时，人们发现了光催化臭氧化法可以处理工业废水，如：含油废水、印染废水、无机污染物质、造纸废水、难降解农药等。

5 结语

臭氧氧化技术已经在水处理过程中被广泛的应用，在处理水污染时，氧化速度快，成本低廉可以把控优势。由于我国现在经济的发展和人口数量的大幅度增加，造成水资源被严重污染，一些重工业的发展，更为严重，不仅对水资源进行污染，还浪费水，没有节约水资源的意识。各类的水污染问题现在随着臭氧氧化的技术的发展，得到了有效的解决，并将它的作用和优势发挥到了最大，它在水处理行业有着广阔的应用前景。为了解决单一臭氧氧化技术应用的不足，将臭氧技术和其他技术进行结合研究，因此在技术上得到了改进和发展，也为该技术以后的有效利用打下了基础。