臭氧在水处理中的应用

水溶液中的氧化还原电位： O3 (gas) + 2H+ + 2e == O2(gas) + H2O 2.07eV
• 各种氧化剂的氧化还原电位( eV ) F2 OH· O · O3 H2 O2 HClO Cl2 ClO2 O2
3.1 2.8 2.4 2.1 1.8 1.5 1.4 1.3 1.2
二、微污染水源水净化研究进展
传统给水处理工艺
混凝
沉淀
过滤
消毒
水源水污染状况：氨氮、有机物、重金属 生活饮用水卫生标准提高 科技、经济的发展
微污染水源水处理工艺
➢活性炭——生物活性炭 ➢臭氧——活性炭 ➢生物预处理 ➢高锰酸钾氧化 ➢光化学氧化 ➢超声波—紫外线联用法 ➢膜滤
第二讲 臭氧化技术
高级氧化技术（Advanced Oxidation ）：利用OH•等自由基氧 化分解水中的有机污染物的新型 氧化 技术。该类氧 化过程称为高级氧化过程 (Advanced Oxidation Process, AOP)
水处理新技术
请保护水源，节约用水！
绪论
问题：
1、典型的城市污水处理工艺流程 2、传统的自来水厂工艺流程 一、污废水处理方法进展
1.传统的处理方法
分离技术
生物处理方法
化学方法
分离技术
➢筛网： 格栅、筛滤 ➢重力分离法及过滤法：
沉淀（沉砂池，沉淀池） 气浮、 过滤 ➢膜分离（微滤、超滤、反渗透） ➢吸附分离（活性炭吸附、沸石） ➢萃取分离
O
O
O
R C=C R
R'
R'
O
O
O
R C=C R R' R'
O R' OH + R C
OH
R
O
CO +
R'
+ H2O
R CO
R
R O OH R' C OH
R
CO R'
+
H2O2
2. 臭氧分子的间接反应
污染物 +HO●
产物或中间产物
臭氧在水中发生反应：
O3
O+O2
O+H2O
2HO·
在碱性介质中，臭氧可与OH-发生反应，产生自由基 的速度很快
化学方法
➢化学氧化 （臭氧化、光化学氧化、声化学氧化 、高锰酸钾）、加氯消毒、紫外消毒
➢絮凝剂絮凝、电絮凝、离子交换 ➢废水调节、均化（均衡）调节池、 混合池、
中和池
生物处理方法
生化处理方法：
（包括二次沉淀池）
➢ 悬浮生长型生物法 （如活性污泥） 厌氧的 好氧的
➢ 固着生长型生物法 （如生物膜法） 厌氧的 好氧的
类别：臭氧化、光化学氧化、声化学氧化、高铁氧化、 Fenton氧化、超临界水氧化等
特点：速度快，范围广，条件温和
一、臭氧化技术原理
1.臭氧分子的结构
分子呈三角形，键角116.8O，键长127.8pm，分子中 每个原子都以SP2杂化形态组合，在分子中有一个离 域键，中心氧原子与其他两个原子的距离相等。
O3+OHO3+ H2O· 2 H2O·
H2O·+O2HO·+2O2 O3+ H2O
HO·比O3有更强的氧化性，能使有机物发生反应
HO·+RH
R ·+H2O
R ·+O2+RH
ROOH+ R ·
ROOH+ HO·
CO2+H2O+其它氧 化产物
3.臭氧与有机物反应的难易程度
氧化顺序为：
链烯烃＞胺＞酚＞多环芳烃＞醇＞醛＞链烷烃
2.臭氧的基本性质
l 分子量：48.0 熔点：-193℃
l在空气中的瞬时嗅觉阈值约40，但在几分钟内就适应
l空气中臭氧最大允许浓度：8小时工作日应小于 200 ug/m3 (约0.1ppm)，240 ug/m3鼻子最低有毒水平。
l不稳定气体：接触热、光、有机物、水灯容易 分解成氧，室温空气中半衰期为20~50分钟
O2 + O3-
(1)
HO2- + O3
HO2. + O3-
(2)
2）氧原子转移反应
OH- + O3
HO2- + O2
(3)
Fe2+ + O3
FeO2+ + O2 (4)
NO2- + O3
NO3- + O2
(5)
Br- + O3
BrO- + O2 (6a)
I- + O3
IO- + O2 (6b)
3）臭氧加成反应
2.污废水处理方法的进展
自然生物处理：
➢ 生物塘处理 氧化塘 兼性塘 厌氧塘 稳定塘 废水养殖
➢ 土地处理系统 慢速灌溉 快速渗滤 地面漫流 人工湿地
强化生物处理
➢投加工程菌剂 ➢补充N、P、K等营养元素或微量元素 ➢投加共降解质
物理措施强化生物处理
➢低强度的超声波强化生物处理过程 ➢磁场强化生物处理过程
• 臭氧在生物氧化灭菌的过程中多余的氧原子会 自行 重新结合成氧分子，不存在任何有毒残留物，故称 无污染消毒剂。
• 臭氧在水中的溶解度
. [O3 ] (gas) =K h [O3 ] (water)
臭氧在水中 的浓度mg/l 0.14 1.4
5℃ 0.07 0.74 温 25℃ 0.04 0.35 度
4.臭氧水处理过程中的物理化学原理
气液两项反应，一般包括以下过程： 气相中臭氧向液相的传递 挥发性污染物从液相向气象的逸出 液相中臭氧与污染物的直接氧化反应 液相中臭氧分解产生的各类自由基参与的间接氧
化反应 污染物的去除是吹脱、直接氧化反应、间接氧
化反应共同作用的结果。
故臭氧水处理的效果由以下因素决定：待处理水的水 质，污染物的挥发性，水中臭氧浓度的大小，气液相的传 质效果。
二. 臭氧化技术的应用
1.臭氧化处理的主要效果
l 氧化 Mn(II), Fe(II), … (存在于还原性地下水中) 酚、氯酚、苯胺、烯烃等有机物 氰化物、溴离子 形成色度和味的物质，降低BOD、COD。
l 提高溶解性有机物在随后的微生物过程中的生物降解性 l 提高随后的沉淀、絮凝—过滤和气浮过来自百度文库的效果 l 消毒、除藻。 l 消除表面活性剂泡沫
•水中臭氧的分解:
臭氧在水中存在的时间与水温及酸碱度有关
不同水中投加臭氧的半衰期随pH的变化
在纯水中: 10-20分钟 在自来水中: 10-20秒钟 污水中: 1/10秒
3.臭氧氧化原理
（1）. 臭氧分子的直接反应
污染物 +O3
产物或中间产物
1）电子转移反应 （ O3是亲电试剂）
O2- + O3
30℃ 0.03 0.27
[O3 ] 气 /[O3 ] 水=2/1
[O3 ] (gas) 14 21 28 42 7.4 11.1 14.8 22.2 3.5 5.3 7.0 10.6 2.7 4.0 5.4 8.1
20℃、1atm时，12mgO3/L载气等于O3重量比1.0%
注：表中的溶解度不是一下子就能达到的, 是不断投加才能达到 的最大浓度(注意:是当水中无其它物质时)