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摘要 : 臭氧具有极强的氧化能力，其反应产生的物质一般对环境污染很小 。综述了臭氧处理单元的几种方式 、臭氧联合技术及其在处理城市污水及工业污水中的应用 , 并概述了臭氧氧化技术的发展现状及趋势。
关键词 : 臭氧氧化 ; 臭氧联合技术 ; 废水处理
臭氧是一种氧化性很强的强氧化剂 , 长期以来就被认为是一种有效的氧化剂和消毒剂 , 早在20 世纪初就被用作了饮用水的消毒处理 。臭氧能氧化水中许多有机物 , 但臭氧与有机物的反应是选择性的 , 而且不能将有机物彻底分解为 CO2 和 H2O , 臭氧氧化后的产物往往为羧酸类有机物 。要提高臭氧的氧化速率和效率 , 进行彻底的矿化处理 , 就必须采用其它措施促进臭氧的分解而产生活泼的?OH自由基 。因此 , 臭氧技术由原来的单独使用逐渐发展为与其它方法联合使用 ,同时臭氧处理单元自身也有很大发展。
1臭氧的基本性质
臭氧的氧化还原电位仅次于 F2 , 其在废水处理中的应用主要是利用这一特性 。臭氧的净水机理目前尚无确定的结论 , 普遍认为是臭氧离解而产生?OH自由基 。它是在水中已知的氧化剂中最活泼的氧化剂 , 很容易将各种类型的有机物氧化。但是臭氧的化学性质极不稳定 , 在空气和水中都会慢慢分解成氧气 , 尤其是在非纯水中 , 分解速度以分钟计算。因此 , 这就促使人们寻找其它的降解技术与其结合使用 , 以提高?OH生成量和生成速度 。
1.2臭氧处理单元
臭氧处理单元是在臭氧单独操作的基础上发展起来的 。在以提高?OH生成量和生成速度为主要研究内容的方法的基础上 , 臭氧处理单元操作技术得到了长足的发展 , 如光催化臭氧化 、碱催化臭氧化和多相催化臭氧化等 。一些研究结果表明 , 光催化臭氧化的氧化效果较碱臭氧化的效果好 , 但目前还没有进行足够的研究来比较光催化臭氧化与多相催化臭氧化的优劣 。多相催化臭氧化技术中关于高效催化剂的研制以及其催化机理的揭示还有待于进一步研究 。
2 臭氧联合技术
由于臭氧的强选择性及分解有机物的不彻底性 , 以及自身易与其它技术相联合的特点 , 使其逐渐由单独使用发展到与其它废水处理技术联合使用 。臭氧联合技术比较多 , 一般可分为以下几种 : O3+ 超声波法 、O3+ 活性污泥法 、O3+ 膜处理法 、O3+ 混凝法 、O3+ 生物活性炭吸附法 。这些方法对不同的废水各有优缺点 , 因此根据废水中难降解物质和有毒物质的不同而选用不同的工艺才能达到较好的效果 。
3 臭氧处理单元 、臭氧联合技术在废水处理中的应用
废水处理包括城市生活污水 、工业污水与医疗污水 , 主要目的是去除污染物 、杀菌消毒 , 并脱色除味 , 以达到排放标准 。
3.1处理城市污水中的应用
由于臭氧处理的高投资 , 所以一般在城市生活污水处理中 , 臭氧处理单元一般是在常规处理之后对中水进行消毒处理作为城市景观 、冲厕等方面的用水 。利用臭氧处理其主要目的是消毒并降低生物耗氧量 (BOD) 和化学耗氧量 ( COD) , 去除亚硝酸盐 、悬浮固体及脱色 。当臭氧用量为20 mg/ L时 , 污水中 COD 、BOD 、SS、氨氮 、致癌物质和色度分别降低 40 %、70 %、60 %、20 %、80 %和 90 %。对二级出水分别采用了臭氧无催化氧化 、臭氧碱催化氧化 、臭氧/ 过氧化氢氧化和臭氧加过渡性金属离子/ 过氧化氢催化氧化工艺 。试验表明 , 臭氧/ 过氧化氢氧化工艺能达到较好的效果 ,在ρ( H2O2 ) = 3 mg/ L 时 , 投加臭氧 13 mg/ L , CODcr 由原来的 4510 mg/ L 降至 20 mg/ L 。通过臭氧氧化的深度处理 , 使得城市污水经过生化处理后所残留的活性污泥和溶解性有机物得到了处理 ,能使这部分水回用于生产。
3.2 臭氧在工业废水处理中的应用
由于工业废水的成分复杂 、处理困难 , 所以近年来 , 臭氧联合技术在工业废水的处理中应用广泛 。对于可生化性较差的化工废水 、高度变污医疗废水等 , 采用臭氧预氧化处理 , 能够较好地改善废水的可生化性 , 为后续生物处理创造条件 。
3.3臭氧医药废水的处理 大多医药废水 COD 较高 、可生化性差 , 单纯靠物理化学方法处理成本高不经济 , 普通的生化处理又根本行不通 , 所以可以先用臭氧预处理 , 主要是为了提高废水的可生化性 , 为后续生物处理降低难度 , 同时降低 COD 。李发站等[10 ] 对某医药化工厂排放的医药废水通过臭氧/ UASB/ 接触氧化联合作用 , 废水原水质 : COD 为 14 000～15 000 mg/ L , BOD5 检测不到 , 经过 5 min 臭氧氧化 , COD 去除率达 40 %左右 , 经预处理后废水的ρ(BOD5 ) / ρ( COD) ≥013 ,可生化性得到明显改善。
3.4 臭氧对印染废水的处理 印染废水对环境的污染很严重 , 其水量大 、水质波动大 、污染物成分复杂且含量高 , 色度 、化学需氧量 ( COD) 和生化需氧量 (BOD) 均较高 , 是国内外难处理的工业废水之一 。臭氧氧化技术是利用 O3 分子反应选择性强 , 能与含双键的染料直接发生加成反应 , 使染料开环脱色 , 并提高废水的可生化性。此外 , O3 在紫外线 ( UV) 作用下 , 转化为?OH等强氧化性物质 , 与有机物反应 , 使染料的发色基团中的不饱和键断裂 , 生成相对分子质量小 、无色的有机酸 、醛等 , 达到脱色和降解有机物的目的。利用 O3 / UV 氧化与常规生化组合 ,先利用生化法将可生化有机物大部分去除 , 剩余不可生化污染物用 O3 / UV 氧化 , 以降低臭氧的消耗及处理成本 , 提高出水水质。采用生化和 O3 / UV 氧化组合的方法处理印染废水 , 进水水质为 COD 897 mg/ L , BOD 394 mg/ L , 色度 210 倍 , 处理后 COD 为 58 mg/ L , 色度 0 倍 。通过该处理出水可达到 B 4287 - 1992 纺织染整工业水污染物排放标准《G的一级排放要求》 。
3.5 臭氧对含酚废水的处理 ，含酚废水是比较普遍且危害性很严重的工业废水之一 , 酚是一种公认的致癌 、致畸 、致变的 “三致”物质 , 处理工业含酚废水已是工业废水方面急待解决的问题之一 。研究表明 , 对于含酚量为 227 mg/ L , pH 值为 713～716 , 水温为 13～40 ℃的焦化厂废水 , 经过臭氧氧化处理后 , 水中的含酚量降低了 98 %。
3.6 对垃圾渗滤液的处理 垃圾渗滤液是一种污染性极强的高污染物含量有机废水 , 其中有机污染物高达 77 种 , 其中促癌物 、辅致癌物 5 种 , 被列入我国环境优先控制污染物 “黑名单” 。并且垃圾渗滤液对周边环境 、填埋场土层及地下水都会造成极大的污染 。采用生物 - 臭氧氧化技术对垃圾渗滤液进行处理研究 , 实验表明 , 经臭氧氧化后 , 可以有效降低垃圾渗滤液生物处理出水的 CODcr 值 ; 垃圾渗滤液生物处理出水臭氧氧化后 , 其生物降解性随氧化时间的增加存在极值 , ρ(BOD5 ) / ρ( CODcr ) 在 0128 上下波动 , 为可降解废水 ; 结合处理的经济性可以采用生物 - 臭氧 - 生物的联合技术处理垃圾渗滤液 。
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