摘(zhai)要：本文對臭氧技術的性(xing)質(zhi)、氧化機理、作(zuo)用做了介紹(shao)。特別(bie)對高污(wu)染企業(ye)污(wu)水處(chu)理和水資源(yuan)匱乏地區的污(wu)水再生提出了穩定有(you)效的、相輔相成的技術方案。

關(guan)鍵詞：污(wu)水；再生水；氧(yang)化；脫色；臭氧(yang)

Ozone technology in wastewater treatment areas of application development

Lichenhao   Jiaxuyuan

Abstract: This article to the ozone technology nature, oxidized the mechanism, the function has made the introduction.Specially proposed to the high pollution enterprise sewage treatment and the water resources deficient area sewage regeneration stable effective, complements one another technical plan.

Key word: Sewage; Resurgent water; Oxidation; Decolorization; Ozone

一、前言

水資(zi)源匱乏、水體污(wu)(wu)染嚴重是目前(qian)世界普遍面(mian)臨的倆大難題(ti)。如何節省水資(zi)源的消耗、如何減少污(wu)(wu)染物的排放、如何更(geng)大限(xian)度(du)的污(wu)(wu)水再生是很多人正在思考和解(jie)決(jue)的問題(ti)。

本人通過(guo)在(zai)國家級給排水技術研究機構的(de)實(shi)(shi)習、通過(guo)在(zai)市(shi)政(zheng)設計院的(de)溝(gou)通和(he)調研、通過(guo)對多個污水處理廠的(de)參(can)觀和(he)調查，特別是實(shi)(shi)際(ji)參(can)與了(le)咨詢公司在(zai)江蘇(su)、新疆等地項目實(shi)(shi)施(shi)方案(an)的(de)論證，就臭氧(yang)技術的(de)拓展應用提出了(le)自己(ji)的(de)觀點并(bing)且已(yi)經部分得以實(shi)(shi)施(shi)。

二、臭(chou)氧的特性：

1、強氧化性

臭(chou)氧(yang)的氧(yang)化能(neng)(neng)力幾乎是目前所(suo)知氧(yang)化劑中(zhong)最強(qiang)(qiang)的。同(tong)時(shi)臭(chou)氧(yang)在(zai)水(shui)中(zhong)的分(fen)解(jie)速度很快(kuai)．在(zai)含有雜質的水(shui)溶液中(zhong)能(neng)(neng)迅速回復到氧(yang)氣的狀態，其(qi)衰期為5．30min，若水(shui)溫接近0℃時(shi)能(neng)(neng)更穩定些。另外(wai)還有研究表(biao)明，臭(chou)氧(yang)在(zai)水(shui)中(zhong)的分(fen)解(jie)速度隨水(shui)溫和pH值(zhi)的提高而加(jia)快(kuai)，由于臭(chou)氧(yang)具有強(qiang)(qiang)氧(yang)化性(xing)，因此能(neng)(neng)與除(chu)了金(jin)、鉑外(wai)的所(suo)有金(jin)屬發生反(fan)應，能(neng)(neng)氧(yang)化許多有機(ji)物(wu)。

2、易分解性

臭氧的化學性(xing)質比較活躍，在常溫下就可以(yi)分解(jie)為氧氣(qi)，并在分解(jie)的過程中釋放出284 kJ／mol的熱量，具(ju)體用化學式來表示(shi)就是(shi)：

2O3=3O2

臭(chou)氧(yang)(yang)在(zai)空(kong)氣中(zhong)的分(fen)(fen)解(jie)(jie)速(su)度(du)(du)跟(gen)溫度(du)(du)和(he)臭(chou)氧(yang)(yang)自身的濃度(du)(du)有關(guan)，研究證(zheng)明，當外在(zai)空(kong)間的溫度(du)(du)越(yue)高、臭(chou)氧(yang)(yang)的濃度(du)(du)越(yue)大，其分(fen)(fen)解(jie)(jie)的速(su)度(du)(du)也(ye)就(jiu)越(yue)快(kuai)；而臭(chou)氧(yang)(yang)在(zai)水中(zhong)分(fen)(fen)解(jie)(jie)的速(su)度(du)(du)是跟(gen)水溫與酸(suan)堿度(du)(du)(pH)有關(guan)，水溫越(yue)高時臭(chou)氧(yang)(yang)的分(fen)(fen)解(jie)(jie)速(su)度(du)(du)越(yue)高，而pH值越(yue)高，也(ye)就(jiu)是水的堿性越(yue)強使，臭(chou)氧(yang)(yang)的分(fen)(fen)解(jie)(jie)也(ye)就(jiu)越(yue)快(kuai)[3] [4]。

3、強腐蝕性

由于臭氧(yang)具有(you)很高的(de)氧(yang)化性，所以(yi)除了鉑和金(jin)(jin)以(yi)外(wai)，臭氧(yang)幾(ji)乎可以(yi)氧(yang)化在(zai)空氣(qi)中(zhong)(zhong)的(de)所有(you)金(jin)(jin)屬，所以(yi)這也(ye)體現了臭氧(yang)的(de)腐(fu)蝕性。而(er)且(qie)臭氧(yang)對非金(jin)(jin)屬材料(liao)也(ye)有(you)強烈的(de)腐(fu)蝕作用(yong)。基(ji)于這種原(yuan)因，在(zai)實際的(de)生(sheng)(sheng)產中(zhong)(zhong)常使(shi)用(yong)25％的(de)鉻鐵合金(jin)(jin)來(lai)制造臭氧(yang)發生(sheng)(sheng)設備(bei)(bei)．而(er)且(qie)在(zai)發生(sheng)(sheng)設備(bei)(bei)和計量設備(bei)(bei)中(zhong)(zhong)，不能用(yong)普(pu)遍的(de)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)作密封(feng)材料(liao)，必須采用(yong)耐(nai)腐(fu)蝕的(de)硅膠(jiao)(jiao)或(huo)者耐(nai)酸橡(xiang)膠(jiao)(jiao)[3] [4]。

三(san)、臭氧的作(zuo)用

基于(yu)以(yi)上臭氧的特性(xing)，在污水處理及(ji)再生水領域(yu)我們(men)可以(yi)利用(yong)臭氧技術實現(xian)以(yi)下(xia)目標：

1、臭氧消毒

1.1臭氧消毒(du)的機(ji)理

臭(chou)氧(yang)在(zai)水中(zhong)滅菌(jun)(jun)(jun)(jun)(jun)有兩種(zhong)方式：一(yi)種(zhong)是臭(chou)氧(yang)直(zhi)接(jie)作(zuo)(zuo)用于細(xi)(xi)(xi)菌(jun)(jun)(jun)(jun)(jun)的(de)(de)(de)(de)(de)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)壁(bi)(bi)，將(jiang)其破(po)壞(huai)并(bing)導致細(xi)(xi)(xi)胞(bao)的(de)(de)(de)(de)(de)死(si)(si)亡(wang)(wang)；另一(yi)種(zhong)是臭(chou)氧(yang)在(zai)水中(zhong)分(fen)解(jie)時釋放(fang)出自由(you)基態(tai)氧(yang)[5]。自由(you)基態(tai)氧(yang)具有強氧(yang)化(hua)能力，可以穿透細(xi)(xi)(xi)胞(bao)壁(bi)(bi)，氧(yang)化(hua)分(fen)解(jie)細(xi)(xi)(xi)菌(jun)(jun)(jun)(jun)(jun)內(nei)(nei)部(bu)氧(yang)化(hua)葡(pu)萄糖(tang)(tang)(tang)所(suo)必須的(de)(de)(de)(de)(de)葡(pu)萄糖(tang)(tang)(tang)氧(yang)化(hua)酶，也可以直(zhi)接(jie)與細(xi)(xi)(xi)菌(jun)(jun)(jun)(jun)(jun)、病毒發(fa)生作(zuo)(zuo)用，破(po)壞(huai)其細(xi)(xi)(xi)胞(bao)器和核糖(tang)(tang)(tang)核酸(suan)，分(fen)解(jie)DNA、RNA、蛋白質(zhi)、脂質(zhi)類和多糖(tang)(tang)(tang)等大分(fen)子聚合物，使細(xi)(xi)(xi)菌(jun)(jun)(jun)(jun)(jun)的(de)(de)(de)(de)(de)物質(zhi)代謝(xie)和繁殖過(guo)程遭到破(po)壞(huai)；還可以滲透細(xi)(xi)(xi)胞(bao)膜組(zu)織，侵入細(xi)(xi)(xi)胞(bao)膜內(nei)(nei)作(zuo)(zuo)用于外(wai)膜脂蛋白和內(nei)(nei)部(bu)的(de)(de)(de)(de)(de)脂多糖(tang)(tang)(tang)，促進(jin)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)的(de)(de)(de)(de)(de)溶解(jie)死(si)(si)亡(wang)(wang)，并(bing)且將(jiang)死(si)(si)亡(wang)(wang)菌(jun)(jun)(jun)(jun)(jun)體內(nei)(nei)的(de)(de)(de)(de)(de)遺(yi)傳基因、寄生菌(jun)(jun)(jun)(jun)(jun)種(zhong)、寄生病毒粒子、噬菌(jun)(jun)(jun)(jun)(jun)體、支原(yuan)體及熱(re)原(yuan)（細(xi)(xi)(xi)菌(jun)(jun)(jun)(jun)(jun)病毒代謝(xie)產物、內(nei)(nei)毒素(su)）等溶解(jie)變(bian)性滅亡(wang)(wang)。也有學者認為，臭(chou)氧(yang)作(zuo)(zuo)用于細(xi)(xi)(xi)胞(bao)的(de)(de)(de)(de)(de)表面，改變(bian)了(le)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)膜的(de)(de)(de)(de)(de)滲透特性，最終導致細(xi)(xi)(xi)胞(bao)組(zu)分(fen)泄露到中(zhong)間介質(zhi)中(zhong)[2]。

臭(chou)(chou)(chou)氧(yang)(yang)對(dui)細(xi)菌的滅活反(fan)應總(zong)是進行(xing)得很迅(xun)速。與其他殺(sha)菌劑不(bu)同的是，臭(chou)(chou)(chou)氧(yang)(yang)能與細(xi)菌細(xi)胞(bao)壁脂類雙鍵反(fan)應，穿入菌體(ti)(ti)內部，作(zuo)用于(yu)蛋白和(he)脂多(duo)糖，改變(bian)細(xi)胞(bao)的通透(tou)性，從(cong)而(er)導致細(xi)菌死亡。臭(chou)(chou)(chou)氧(yang)(yang)還作(zuo)用于(yu)細(xi)胞(bao)內的核(he)物(wu)質，如核(he)酸(suan)(suan)中的嘌呤和(he)嘧啶破壞DNA。臭(chou)(chou)(chou)氧(yang)(yang)對(dui)病(bing)毒的作(zuo)用首(shou)先是作(zuo)用于(yu)病(bing)毒衣體(ti)(ti)殼(ke)蛋白的四條多(duo)肽鏈，并使(shi)RNA受(shou)到損傷，特(te)別是形(xing)成蛋白質。噬(shi)菌體(ti)(ti)被臭(chou)(chou)(chou)氧(yang)(yang)氧(yang)(yang)化后，電鏡觀察可見其表皮被破碎(sui)成許多(duo)碎(sui)片，從(cong)中釋放(fang)出許多(duo)核(he)糖核(he)酸(suan)(suan)，干擾其吸附到寄存體(ti)(ti)上，臭(chou)(chou)(chou)氧(yang)(yang)殺(sha)菌徹底[6]。

1.2影響臭(chou)氧(yang)消毒的因素

臭氧在用于飲用水(shui)消(xiao)毒(du)時具(ju)有極(ji)高的(de)(de)殺菌效率(lv)，但(dan)在污水(shui)消(xiao)毒(du)時往(wang)往(wang)需要較大(da)的(de)(de)臭氧投(tou)加量(liang)和較長的(de)(de)接觸時間。影響消(xiao)毒(du)效果的(de)(de)主要因素總結如下。

1.2.1原水(shui)pH的影響

 通過動(dong)力學實(shi)驗(yan)，在(zai)(zai)固定氣體(ti)流量(Q=10 L／h)的(de)條件(jian)下，考(kao)查(cha)了在(zai)(zai)不同pH值時(shi)，臭(chou)氧(yang)對實(shi)驗(yan)用水的(de)消毒效果(guo)(guo)。以pH=6.7和(he)pH=8.0時(shi)為例[7]。實(shi)驗(yan)結果(guo)(guo)表明(ming)，時(shi)間(jian)相同的(de)條件(jian)下，在(zai)(zai)水質呈酸性時(shi)臭(chou)氧(yang)的(de)存在(zai)(zai)時(shi)間(jian)要長于水質偏堿性時(shi)的(de)存在(zai)(zai)時(shi)間(jian)，故水質顯酸性時(shi)的(de)消毒效果(guo)(guo)優于堿性條件(jian)下的(de)消毒效果(guo)(guo)。

1.2.2水中其(qi)他物質(zhi)的影(ying)響

主要(yao)(yao)是(shi)水(shui)中(zhong)含COD、NO2-N、懸浮固體(ti)、色度等，這些物質會消(xiao)(xiao)耗水(shui)中(zhong)的(de)臭氧(yang)。有(you)時還出現污水(shui)臭氧(yang)消(xiao)(xiao)毒(du)后(hou)COD 增加的(de)現象，這主要(yao)(yao)是(shi)因為(wei)(wei)臭氧(yang)將(jiang)水(shui)中(zhong)難降解(jie)的(de)惰(duo)性物質氧(yang)化為(wei)(wei)小分子(zi)物質或者將(jiang)一些環狀有(you)機物開環，從(cong)而提(ti)高了原(yuan)BDOC[8]，在(zai)臭氧(yang)消(xiao)(xiao)毒(du)之前對原(yuan)水(shui)進行預處理，盡量徹(che)底的(de)去除有(you)機物是(shi)十分必要(yao)(yao)的(de)。

1.2.3臭氧投加量(liang)和剩余臭氧量(liang)的影響(xiang)

不(bu)同(tong)水質(zhi)所需的臭(chou)氧投加量不(bu)同(tong)，臭(chou)氧的投加劑(ji)量越(yue)大、接(jie)觸時間越(yue)長，出(chu)水水質(zhi)越(yue)好[10-11]。M Petala對普通活性污泥法二級出(chu)水進行深度處理(li)，再(zai)經臭(chou)氧消毒后出(chu)水達到美國EPA回(hui)用(yong)水質(zhi)標(biao)準(zhun)。

1.2.4臭(chou)氧接觸(chu)方式的影響

臭氧(yang)在水中分解迅速，根(gen)據氣液傳質(zhi)原(yuan)理，增加臭氧(yang)的(de)傳質(zhi)效(xiao)率(lv)可提(ti)高臭氧(yang)的(de)利(li)用(yong)率(lv)，因此(ci)選用(yong)不同的(de)投加方式，臭氧(yang)的(de)利(li)用(yong)率(lv)不同。

2、臭氧技術(shu)在污水處理中的脫色作用

臭氧的(de)強氧化性(xing)也可用(yong)于降低BOD、COD、脫(tuo)色(se)、除(chu)臭、除(chu)味、殺藻(zao)，除(chu)鐵、錳(meng)、氰、酚等[15]。目前臭氧氧化法主要(yao)用(yong)于印(yin)染(ran)廢水處理等。其中以脫(tuo)色(se)應用(yong)由(you)為重要(yao)。

按照國家2003年7月1日正(zheng)式實施的《城鎮(zhen)污(wu)水(shui)處(chu)(chu)理廠(chang)污(wu)染物排放標準》（GB18918—2002）4.1.2.1款規定(ding)，當污(wu)水(shui)處(chu)(chu)理廠(chang)出水(shui)作為城鎮(zhen)景觀(guan)用(yong)水(shui)和一般回用(yong)水(shui)等用(yong)途(tu)時，污(wu)水(shui)處(chu)(chu)理廠(chang)出水(shui)水(shui)質執行一級標準的A標準，色(se)度(du)≤30。要求對再生(sheng)水(shui)進(jin)行脫色(se)、除嗅(xiu)、滅菌處(chu)(chu)理[16]。

臭(chou)(chou)氧(yang)對水(shui)體中的著色(se)(se)有(you)(you)機物具(ju)有(you)(you)氧(yang)化分(fen)解作用微量的臭(chou)(chou)氧(yang)就能起(qi)到(dao)良好的效(xiao)果。著色(se)(se)有(you)(you)機物一般是具(ju)有(you)(you)不飽和鍵(jian)的多環有(you)(you)機物，用臭(chou)(chou)氧(yang)進行處(chu)理(li)時能夠(gou)打開(kai)不飽和化學鍵(jian)，使(shi)分(fen)子斷鍵(jian)．從而使(shi)水(shui)變清(qing)。

四、實(shi)例及應(ying)用：

 1、筆者(zhe)對江蘇沭陽(yang)化工園(yuan)區(qu)污水(shui)處理廠及北京延慶(qing)污水(shui)處理廠的(de)進出水(shui)分別進行了采樣(yang)比對：

采樣結論（在水樣采集(ji)期間）：

（1）脫色效果明(ming)顯，出水水質指標穩定。

（2）污水處理(li)廠出(chu)水水質(zhi)均符合設計標準(zhun)要(yao)求。

2、筆者同(tong)美國賽萊默（Xylem）公司技(ji)術人員進行(xing)了溝通和(he)(he)交(jiao)流，特別是(shi)桐(tong)鄉鳳棲水處(chu)理項(xiang)目中臭(chou)氧(yang)技(ji)術利用的(de)(de)可靠性進行(xing)了詳(xiang)細(xi)了解(jie)。目前，在水處(chu)理行(xing)業(ye)臭(chou)氧(yang)設(she)備已經形成產業(ye)化規(gui)模，特別是(shi)設(she)備的(de)(de)集約化大(da)大(da)方(fang)便了偏遠地(di)(di)區(qu)(qu)、經濟(ji)欠發達(da)地(di)(di)區(qu)(qu)的(de)(de)建設(she)和(he)(he)運營。也為本(ben)文方(fang)案的(de)(de)提出(chu)拓展(zhan)了思路。

五(wu)、存在的問題：

（1）臭氧(yang)的(de)制(zhi)備成本(ben)較(jiao)高、能耗(hao)較(jiao)大。

（2）消毒效(xiao)果受(shou)水質影響較大。

（3）對于臭氧消毒副產(chan)物(wu)的研究較少，增(zeng)加了使(shi)用(yong)臭氧消毒的風險。

隨著污水(shui)深度(du)處理技術和污水(shui)回用(yong)的普及，臭氧消(xiao)毒的研究和應用(yong)將(jiang)會越(yue)來越(yue)多(duo)，臭氧與(yu)其它消(xiao)毒方法(fa)的復(fu)合(he)消(xiao)毒將(jiang)是(shi)今后發展的趨勢。

六、結論

臭氧特性明確、機理(li)清晰、技(ji)術(shu)成(cheng)熟。既能有效的應(ying)用于(yu)高(gao)(gao)污(wu)(wu)染企業污(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)(shui)處理(li)，又能夠很好的脫色、消毒應(ying)用于(yu)再生(sheng)水(shui)(shui)(shui)(shui)的處理(li)。可(ke)以設想：在(zai)中國西部(bu)地區(qu)（例如(ru)新疆(jiang)）這樣的石油礦產(chan)豐富，相關產(chan)業興(xing)起，由此產(chan)生(sheng)大量高(gao)(gao)污(wu)(wu)染廢水(shui)(shui)(shui)(shui)，同(tong)(tong)時(shi)新疆(jiang)又是水(shui)(shui)(shui)(shui)資(zi)源(yuan)嚴重匱乏的地區(qu)之(zhi)一。如(ru)果(guo)利用臭氧技(ji)術(shu)從治理(li)高(gao)(gao)濃度水(shui)(shui)(shui)(shui)污(wu)(wu)染開(kai)始(shi)，作(zuo)為一個流程直接將(jiang)污(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)(shui)處理(li)成(cheng)為再生(sheng)水(shui)(shui)(shui)(shui)標(biao)準，這樣，及(ji)解決了(le)高(gao)(gao)污(wu)(wu)染水(shui)(shui)(shui)(shui)的處理(li)問(wen)題，又同(tong)(tong)時(shi)解決了(le)當地水(shui)(shui)(shui)(shui)資(zi)源(yuan)匱乏問(wen)題。這應(ying)該是明智之(zhi)舉。

目前，這個(ge)由高(gao)濃(nong)度污染(ran)廢水(shui)直接利(li)用臭氧技術達到再生水(shui)標準的方案路線已(yi)經應用于新(xin)疆(jiang)五五工業(ye)園污水(shui)處理廠項目中。

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