一、臭氧的性質(zhì)及其在污水處理中的應(yīng)用

1、臭氧的物理化學(xué)性質(zhì)

臭氧是由三個(gè)氧原子組成的氧的同素異構(gòu)體。通常為淡藍(lán)色氣體，高壓下可變成深褐色液體。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，密度為2.144g/L。其主要物理化學(xué)性質(zhì)如下。

（1）氧化能力    臭氧是一種強(qiáng)氧化劑，其氧化能力僅次于氟，比氧、氯及高錳酸鹽等常用的氧化劑都高。

（2）在水中的溶解度    生產(chǎn)中多以空氣為原料制備臭氧化空氣（含臭氧的空氣）。臭氧在水中的溶解度符合亨利定律。

（3）臭氧的分解    臭氧化學(xué)性質(zhì)極不穩(wěn)定，易分解。

由于分解時(shí)放出大量熱量，當(dāng)濃度在25%以上時(shí)很容易爆炸，但一般臭氧化空氣中臭氧濃度不超過10%，不會(huì)發(fā)生爆炸。臭氧在空氣中的分解速率隨溫度升高而加快。濃度為1%一下的臭氧，常溫常壓下的半衰期為16h左右，所以臭氧不易貯存，需邊生產(chǎn)邊使用。臭氧在純水中的分解速率比在空氣中的快得多。水中臭氧濃度我3mg/L時(shí)，常溫常壓下的半衰期僅為5~30min。

臭氧在水中的分解速率隨pH值的提高而加快，在堿性條件下分解速度快，酸性條件下比較慢。

（4）臭氧的毒性和腐蝕性     臭氧具有特殊的刺激性氣味，但在空氣中的濃度極低時(shí)有新鮮氣味，使人感到格外清新，有益健康。當(dāng)空氣中臭氧濃度大于0.01mg/L時(shí)，可嗅到刺激性氣味，長期接觸高濃度臭氧會(huì)影響肺功能，工作場所規(guī)定的最大允許濃度為0.1mg/L。

臭氧具有極強(qiáng)的氧化能力，除金和鉑外，幾乎對所有金屬都有腐蝕作用。不含碳的鉻鐵合金，基本上不受臭氧腐蝕，生產(chǎn)上常采用含25%Cr的鉻鐵合金來制造臭氧發(fā)生設(shè)備、加注設(shè)備及臭氧直接接觸的設(shè)備。

臭氧對非金屬材料也有強(qiáng)烈的腐蝕作用。因此不能用普通橡膠做密封材料，應(yīng)采用耐腐蝕能力強(qiáng)的硅橡膠或耐酸橡膠。

2、臭氧在污水處理中的應(yīng)用

臭氧可使污水中的污染物氧化分解，常用語降低BOD、COD，脫色、除臭、除味，殺菌、殺藻，除鐵、錳、氰、酚等。

臭氧用于消毒過濾飲用水時(shí)，投量不大于1mg/L，接觸時(shí)間不大于15min，且不受水中氨氮含量和pH值的影響。用于城市生活污水二級處理后的深度處理，臭氧投量一般為10~20mg/L，接觸時(shí)間為5~20min。處理效果可達(dá)：BOD₅降低60%~70%；合成表面活性物質(zhì)降低90%；致癌物質(zhì)降低80%。

3、臭氧氧化的優(yōu)缺點(diǎn)

（1）優(yōu)點(diǎn)

a、氧化能力強(qiáng)，對除臭、脫色、殺菌、去除有機(jī)物和無機(jī)物都有顯著效果；

b、處理后污水中的臭氧易分解，不產(chǎn)生二次污染；

c、制備臭氧用的空氣不必貯存和運(yùn)輸，操作管理也較方便；

d、處理過程中一般不產(chǎn)生污泥。

（2）缺點(diǎn)

a、造價(jià)高；

b、處理成本高。

二、臭氧發(fā)生器及解除反應(yīng)設(shè)備

1、臭氧發(fā)生的原理及方法

目前臭氧的制備方法有無聲放電法、放射法、紫外線輻射法、等離子射流法和電解法等。水處理中常用的是無聲放電法。

2、臭氧發(fā)生器

臭氧發(fā)生器通常由多組放電發(fā)生單元組成，有管式和板式兩類。管式有立管式和臥管式兩種；板式也有奧托板式和勞澤板式兩種。目前生產(chǎn)上使用較為廣泛的是管式。用無聲放電法制備臭氧的理論電耗為0.95kWh/kgO_{3，而實(shí)際電耗要大得多。單位電耗的臭氧產(chǎn)率，實(shí)際值僅為理論值的10%左右，其余能量均變?yōu)闊崮?，使電極溫度升高。為了保證臭氧發(fā)生器正常工作和抑制臭氧熱分解，必須對電極進(jìn)行冷卻。通常用水冷和空冷兩種方式，管式發(fā)生器常用水冷，勞澤板式發(fā)生器常用空冷。}

_{3、臭氧接觸反應(yīng)設(shè)備}

_{應(yīng)根據(jù)臭氧分子在水中的擴(kuò)散速率和與污染物的反應(yīng)速率來選擇接觸反應(yīng)設(shè)備的型式。臭氧注入水中后，水為吸收劑，臭氧我吸收質(zhì)，在氣液兩相間進(jìn)行傳質(zhì)，同時(shí)臭氧與水中的雜質(zhì)進(jìn)行氧化反應(yīng)，因此屬于化學(xué)吸收，它不僅與相間的傳質(zhì)速率有關(guān)，還與化學(xué)反應(yīng)速率有關(guān)。臭氧與水中雜質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)有快有慢。水中的雜質(zhì)，如酚、氰、親水性染料、細(xì)菌、鐵、錳、硫化氫、亞硝酸鹽等與臭氧的化學(xué)反應(yīng)很快，這時(shí)吸收速率受傳質(zhì)速率控制；水中雜質(zhì)，如COD、BOD、飽和脂肪族化合物、合成表面活性劑（ABS）、氨氮等與臭氧的反應(yīng)很慢，其吸收速率受化反應(yīng)速率控制。應(yīng)根據(jù)臭氧處理的對象選用不同的接觸反應(yīng)設(shè)備。}

_{根據(jù)臭氧化空氣與水的接觸方式，臭氧接觸反應(yīng)設(shè)備分為氣泡式、水膜式和水滴式三類。}

_{（1）氣泡式臭氧接觸反應(yīng)器    氣泡式反應(yīng)器是一種用于受化學(xué)反應(yīng)控制的氣液接觸反應(yīng)設(shè)備，是我國目前水處理中應(yīng)用最多的一種。實(shí)踐表明，氣泡越小，氣液的接觸面積越大，但對液體的攪動(dòng)越小。應(yīng)通過試驗(yàn)確定最佳的氣泡尺寸。}

_{根據(jù)氣泡式反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生氣泡裝置的不同，氣泡式反應(yīng)器可分為多孔擴(kuò)散式、表面曝氣式和踏板式三種。}

_{a、多孔擴(kuò)散式反應(yīng)器    臭氧化空氣通過設(shè)在反應(yīng)器底部的多孔擴(kuò)散裝置分散成微小氣泡后進(jìn)入水中。多孔擴(kuò)散裝置有穿孔管、穿孔板和微孔濾板等。根據(jù)氣和水的流動(dòng)方向不同又可分為同向流和異向流兩種。}

_{b、表面曝氣式反應(yīng)器    在反應(yīng)器內(nèi)安裝曝氣葉輪。臭氧化空氣沿液面流動(dòng)，高速旋轉(zhuǎn)的葉輪使水劇烈攪動(dòng)而卷入臭氧化空氣，氣液界面不斷更新，使臭氧溶于水中。這種反應(yīng)器適用于加注臭氧量較低的場合，缺點(diǎn)是能耗較大。}

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