臭氧氧化法
实验-臭氧氧化法处理有机废水

实验一臭氧氧化法处理有机废水一实验目的1、了解臭氧发生器的基本结构、原理、操作方法、观察电压和空气流量对臭氧产率的影响。
2、通过臭氧氧化法处理:印染废水、有机含酚废水、生活污水的脱色、除臭、消毒、降解COD、降酚等实验,掌握臭氧氧化法处理工业废水的基本过程、方法和特点。
二实验理论基础与方法要点臭氧是一种强氧化剂,它的氧化能力在天然元素中仅次于氟。
臭氧在污水处理中可用于除臭、脱色、杀菌、消毒、降酚、降解COD、BOD等有机物。
臭氧在水溶液中的强烈氧化作用,不是O本身引起的,而主要是由臭氧在3基引起的。
很多有机物都容易与臭氧发生反应。
水中分解的中间产物OH基及HO2例如臭氧对水溶性染料、蛋白质、氨基酸、有机氨及不饱和化合物、酚和芳香族衍生物以及杂环化合物、木质素、腐殖质等有机物有强烈的氧化降解作用;还有强烈的杀菌、消毒作用。
臭氧氧化的优点:(1)臭氧能氧化其它化学氧化,生物氧化不易处理的污染物,对除臭、脱色、杀菌、降解有机物和无机物都有显著效果(2)污水经处理后污水中剩余的臭氧易分解,不产生二次污染,且能增加水中的溶解氧(3)制备臭氧利用空气作原料,操作简便。
工业上采用高压(1.5—3万伏)高频放电制取臭氧,通常制得的是含1—4%臭氧的混合气体,称为臭氧化气。
三实验装置器材与药品设备与器材:(1)臭氧发生器 1台(2)臭氧氧化反应器 1套,如无现成的需自行安装代替500mL锥形瓶3个,与锥形瓶配套的橡皮塞3个(3)医用乳胶管,与乳胶管配套的玻璃管(4)气体转子流量计 1个(5)酸滴管(50mL) 1个(6)气体吸收瓶(如无现成的,可用锥形瓶代替) 500mL锥形瓶2个(7)量筒100mL 1个(8)洗气瓶1000mL 2个材料药品:(1)配制含酚废水,含酚浓度50—100mg/L,供除酚实验用。
(2)配制印染废水,含染料10—20mg/L ,供脱色用(亚甲蓝)(3)2% KI 溶液:称取20克分析纯碘化钾溶于1升新煮沸并冷却的蒸馏水中,贮于棕色瓶中。
臭氧氧化法处理印染废水

臭氧氧化法处理印染废水在我国工业废水中,印染废水占的比例较高,因其有机物含量高、碱性大、水质变化大、废水量大,而成为极难处理的工业废水之因具有很强的氧化能力(酸性溶液中氧化还原电位高达2.07V),一。
O3成为诸多难降解工业废水处理工艺的首选氧化剂。
Khadhraoui等在利用臭氧处理刚果红的研究中发现,在氧化初期,臭氧本身可以将刚果红完全氧化脱色,且该实验结果符合假一级反应动力学模型。
臭氧对直接、酸性、碱性、活性等亲水性染料脱色速度快,效果好;对于还原、纳夫妥、氧化、硫化、分散性染料等疏水性染料脱色效果较差,臭氧用量大;对于含铬染料废水,反而会生成六价铬离子,毒性更强。
通过高级氧化和活性炭负载催化剂来提高臭氧催化氧化性能。
1.臭氧氧化机理臭氧氧化有机物的途径有两种:直接反应和间接反应。
直接反应是臭氧通过环加成、亲电或亲核作用直接与污染物反应;间接反应是臭氧在碱、光照或其它因素作用下,生成氧化性更强(氧化还原电位为2.8eV)的羟基自由基(·OH),·OH可以通过不同的反应使溶解态无机物和有机物氧化,主要包括:电子转移反应、抽氢反应和·OH 加成反应。
臭氧直接作用于有机物时反应具有选择性,速度慢。
而臭氧溶于水后形成的·OH,可以无选择性地将水中的有机物矿化,或使结构复杂、有毒的大分子有机物发生断链、开环等反应,生成结构简单、无毒或低毒的小分子化合物,且速度较快。
臭氧的强氧化性能破坏染料分子中的—N==N—、C==C、C==O、—N==O等发色基团,使印染废水脱色。
费庆志等采用臭氧氧化法降解酸性嫩黄染料,发现在酸性条件下(pH=4)臭氧对该染料的脱色效果较好。
Zhang Hui等采用臭氧氧化法降解酸性橙7模拟染料废水时,加入氯化物屏蔽·OH,并未对染料的脱色率造成影响,从而得出了臭氧对该染料的脱色以直接氧化为主的结论。
而章飞芳等用臭氧氧化活性艳红KE-3B模拟染料废水,发现在碱性条件下(pH=10)脱色效果好,且脱色速度较快。
水处理高级氧化技术

(4)各种常用消毒剂的效果按以下顺序排列: O3>ClO2>HOCl>OCl->NHCl2>NH2Cl
高级氧化技术特点:
1)反应过程中产生大量氢氧自由基·OH。 2)反应速度快,多数有机物在此过程中的氧
化速率常数可达106 ~109 L/(mol.s)。 3)适用范围广,较高的氧化电位使得·OH几
乎可将所有有机物氧化直至矿化,不会产生二 次污染。
4)可诱发链反应,由于·OH的电子亲和能为569. 3 kJ ,可 将饱和烃中的H原子拉出来,形成有机物的自身氧化,从 而使有机物得以降解,这是各类氧化剂单独使用时所不 能做到的;
电化学氧化法ຫໍສະໝຸດ 湿式空气氧化法湿式氧化法
湿式空气催化氧化法
超临界水氧化法
光催化氧化法
超声波氧化
一、臭氧概述
臭氧在常温常压下是一种不稳定、具有特殊刺 激性气味的浅蓝色气体。臭氧具有极强的氧化性 能,在碱性溶液中拥有2.07V的氧化电位,其氧 化能力仅次于氟,高于氯和高锰酸钾。基于臭氧 的强氧化性,且在水中可短时间内自行分解,没 有二次污染,是理想的绿色氧化药剂。
(2)直接与细菌、病毒作用,破坏它们的细胞器和 DNA,RNA,使细菌的新陈代谢受到破坏,导 致细菌死亡。
(3)透过细胞膜组织,侵入细胞内,作用于外膜的 脂蛋白和内部的脂多糖,使细菌发生通透性畸变 而溶解死亡。
表1 臭氧消毒的优缺点
优点
缺点
消毒速度快、效果好 造价高,费用比氯贵
臭氧氧化法在处理难降解有机废水中的应用

臭氧氧化法在处理难降解有机废水中的应用【摘要】随着工业的发展,生产中排除的各种有毒难降解工业废水成为了污染环境的重要因素之一。
本文首先分析了臭氧的氧化机理,进而分析了臭氧氧化法在处理难降解的废水用的具体应用。
以期能够为推广使用臭氧氧化法处理废水提工参考。
【关键词】工业废水;降解;高级氧化一、前言水资源污染问题一直以来都倍受关注,特别是在这个工业极其发达的今天,工业生产排出的有毒难降解废水被排入河流之后,直接导致了周边的环境受到污染,破坏了水资源。
因此,推广使用臭氧氧化法来为处理污水,使工业废水达标排放,这是有效保护环境的可靠措施。
二、臭氧的氧化机理臭氧氧化处理有机废水机理在处理过程中,臭氧和水中与污染成分的相互作用很复杂,液相中臭氧与污染成分间的相互作用过程可由以下一系列单元过程组成:臭氧从气相中扩散到相间界面处,在界面附近两相中的反应物质浓度相同时都会在界面处建立物理平衡;臭氧从相间界面上扩散进入液相中;液相中的化学反应;由于浓度梯度而造成的初始存在于液相中的物质扩散及在液相范围内反应产物的扩散。
通过各种物化和生化作用,臭氧可以与水中有机物质反应,将非极性物质转变为极性物质,将高分子有机物转变为低分子有机物,将亲水性有机胶团转变为疏水性易凝聚过滤的无机物。
在水中,臭氧与有机物的反应很复杂。
臭氧可以氧化降解多种有机物,在稀水溶液中,芳香族化合物的臭氧氧化反应分为两个阶段,第一阶段反应快、耗氧量大,可使原物质降解,芳香性消失;第二阶段反应慢,耗臭氧量小,主要是对脂族化合物的臭氧化。
对含有双键的烯烃类有机物,臭氧易与其进行1,3-偶极加成反应。
其实,臭氧氧化有机物的反应机理远非如此简单,但是,这些足以作为工程实验的依据了。
具体反应方程式如下:有机物中间产物产物。
三、臭氧氧化法技术臭氧氧化法技术,就是通过臭氧氧化与各种水处理技术组合,形成氧化性更强、反应选择性较低的羟基自由基的氧化技术。
它可以产生非常活跃的羟基自由基OH并诱发链式反应:由于具有很高的氧化还原电位。
「知识分享」臭氧氧化技术的发展史及技术原理

「知识分享」臭氧氧化技术的发展史及技术原理臭氧,化学式为O3,又称三原子氧、超氧,因其类似鱼腥味的臭味而得名,在常温下可以自行还原为氧气。
比重比氧大,易溶于水,易分解。
由于臭氧是由氧分子携带一个氧原子构成,决定了它只是一种暂存状态,携带的氧原子除氧化用掉外,剩余的又组合为氧气进入稳定状态,所以臭氧没有二次污染。
臭氧氧化技术的发展史1840 年德国科学家舒贝因将电解和火花放电试验过程中产生的一种异味气体确定为 O3,命名为臭氧,臭氧的特性和功能开始进入科学研究领域,在发现其广谱灭菌效果后,逐渐进入了工业化生产应用阶段。
1902年,世界第一座采用臭氧处理工艺的大型水厂在德国帕德博恩建立。
1937 年,世界上第一座使用臭氧处理的商业游泳池在美国启用,目前臭氧已成为奥运水中竞赛项目指定的水质消毒方式; 上世纪六七十年代美国开始利用臭氧技术处理生活污水,1982 年瓶装水开始使用臭氧杀菌,目前矿泉水、纯净水厂家几乎都装备了臭氧设备。
到二十世纪末,臭氧的工业应用已非常普遍,广泛应用于饮用水处理、污水处理、纸浆漂白、中间体合成、纺织脱色、香料合成、废旧轮胎处理、疾病治疗、仓储运输等领域。
以瑞士 Ozonia 和德国 WEDECO 为代表的国际臭氧行业知名企业国际化发展扩张迅速,分别于 1995 年和 2002 年进入中国市场,加大了对包括中国在内的新兴国家市场的开拓力度。
我国臭氧技术起步较晚,上世纪 70 年代中期,国内开始进行臭氧技术的研究开发; 90 年代,随着矿泉水、纯净水臭氧消毒技术的推广应用,医药行业采用臭氧进行空气杀菌处理,以及小型家用臭氧发生器的应用,促进了我国臭氧行业的发展。
2000年后,我国工业用大型臭氧设备制造技术的研究取得大量成果,在臭氧放电管、熔断器、中高频电源等大型臭氧发生器制造的关键技术取得重大突破,相继研制成功的 3-120kg/h 等大型中频臭氧发生器,将中国臭氧技术逐步提升到国际先进水平。
臭氧氧化法连续处理焦化废水生化出水

臭氧氧化法连续处理焦化废水生化出水孟冠华;邱菲;方玲;司晨浩【摘要】采用连续通入废水和臭氧的方式,利用臭氧氧化法深度处理焦化废水生化出水(COD为151~183 mg/L、pH约为8),并通过添加羟基自由基抑制剂叔丁醇探究了臭氧氧化的机理.在不调节废水pH、臭氧投加量12.15mg/L、废水流量2 mL/min的最佳条件下,COD去除率达54.5%,出水COD达到GB 16171-2012《炼焦化学工业污染物排放标准》.稳定运行时,降解1 kg COD需投加臭氧741.1 mg.臭氧氧化过程中,臭氧自身氧化和羟基自由基氧化同时存在,且以羟基自由基氧化为主.反应过程符合准一级动力学模型,反应速率常数为0.01 min-1.%The biochemical effluent from coking wastewater with 151-183 mg/L of COD and about 8 ofpH was treated by ozone oxidization process with continuous inflow of wastewater and ozone.And the mechanism of ozone oxidation was explored by adding tert-butanol as hydroxyl radical inhibitor.Under the optimum conditions of ozone amount 12.15mg/L,wastewater flow 2 mL/min and without wastewater pH adjustment,the COD removal rate reached 54.5% and the effluent COD met the national wastewater discharge standard GB 16171-2012.When the system was stable,741.1 mg ozone was needed to degrade 1 kgCOD.During the ozone oxidation process,both ozone self-oxidation and free hydroxyl radical oxidation were existed,in which the latter one was the primary oxidation reaction.The reaction process accorded with pseudo first order kinetics model with 0.01 min-1 of reaction rate constant.【期刊名称】《化工环保》【年(卷),期】2017(037)003【总页数】5页(P315-319)【关键词】臭氧氧化;焦化废水;深度处理;反应动力学【作者】孟冠华;邱菲;方玲;司晨浩【作者单位】安徽工业大学能源与环境学院,安徽马鞍山243032;安徽工业大学能源与环境学院,安徽马鞍山243032;安徽工业大学能源与环境学院,安徽马鞍山243032;安徽工业大学能源与环境学院,安徽马鞍山243032【正文语种】中文【中图分类】X703焦化废水是一种典型的难降解有机废水,通常含有多环芳烃、氨氮、硫化物、氰化物和硫氰化物等生物难降解的有机物和无机物[1-2]。
高级氧化法(臭氧加活性炭)处理染料废水条件的确定

高级氧化法(臭氧加活性炭)处理染料废水条件的确定前言在染料废水的处理过程中,各种处理技术都有其局限性,根据废水成分与性质、存在的形式、回收利用的深度、排放方式以及环境和经济的要求等因素,通常采用不同的处理方法,以实现良好的处理效果,同时可节省成本。
由于染料废水中有较多的大分子物质而难以应用成本较低的生物处理方法,因此物理化学方法和化学氧化法成为染料废水处理的主要方法。
目前高级氧化法和活性炭吸附方法是常用的处理方法。
本研究所用的废水是按照红,蓝,黑—3:3:4比例配制模拟染料废水,本研究通过臭氧高级氧化、活性炭吸附相结合的处理方法处理模拟染料废水,以寻找适合此种废水的最佳处理方法及最佳处理参数,达到去除颜色和减小COD的目的,为染料废水处理技术在实际中的应用提供依据。
1.概述1.1染料废水的概述染料的分类按染料结构分类按染料分子相同的基本化学结构或共同的集团以及染料共同合成方法和性质分类。
(1) 偶氮染料 (2)蒽醌染料 (3)靛旋染料 (4)硫化染料 (5)菁染料(6)三芳基甲烷染料 (7)含有杂环结构的染料按染料的应用分类:(1)直接染料(2)硫化染料(3)还原染料(4)酸性染料(5)酸性络合染料(6)反应性染料(7)冰染染料 (纳夫妥染料)(8)氧化染料(9)分散染料(10)阳离子染料印染废水来源及水质状况染料工业废水特点:(1)废水种类繁多染料工业主要废水:含盐有机物有色废水,无机盐浓度在15%-25%,主要是氯化钠,少量硫酸钠、氯化钾及其他金属盐类;氯化或滨化废水;含有微酸微碱的有机废水;含有铜、铅、铬、锰、汞等金属离子的有色废水;含硫的有机物废水[1]。
(2)废水有机物成分复杂且浓度高精细化工染料、颜料等行业生产流程长,从原料到成品往往伴随有硝化、还原、氯化、缩合、偶合等单元操作过程,副反应多,产品收率低,染料生产过程损失率约2%,染色过程损失率10%,所以废水中有机物和含盐量都比较高,成分非常复杂。
臭氧氧化法提高稠油污水的可生化性

通入臭氧 的量通过 固定 臭 氧流 量 、 控制 通气 时间实 现。 流量 :O 2L h注前压 :.0 a 3 一3 / ; 0 05MP 。测定臭氧氧化前后水 样的 C D和 B 值。 O O
2 可 生化 性 评 价 的 方 法
可生化性能 的评价 方法 有 B D/ O B ) O sC D( C 值法 、 O s B O/ 3 D值法 、 X J 好氧 速率 法 、 摇床 实 验与 模型 实验 、 动力学 常数
C D测定仪、 分光光 度计 、 O 5 O B D 测定 仪、 H 3 p S E型 酸
度计 、 量筒 (0 1) 移 液 管 、 塞 磨 口锥 形 瓶 】 (5 50n 、 L 具 2只 20
m ) 容量瓶 、 L、 臭氧发生装置等 。
12 试 剂 .
C D测定仪 配套试 剂 : O 浓硫 酸 , 用氧 化剂 , 专 专用 催化
WA i J n NG Y a i g a ( i nn e ohm c l oai a & Td ta C lg J  ̄w I o n 2 0 1 L o i P t ce i ct n l a g r aV o e u cl o ee b u, a l g 1 1 0 ) i l J d
Ab ta t Th l s wa e c n mn l f r a i a d o e id fnaeil .whc 1 sr c e ol e g o t sal o f s n t r n so utr s n o n m h k a il h r t e d ga e ad o b e rd d.Ma y s de h w ta h n t iss o h tte u
王 英健
( 宁石化职业技术学院 辽 辽 宁锦州 110 ) 20 1
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第二节 化学氧化法
(二) 影响氧化反应的因素
(1)pH值: 最佳pH为3,
(2)Fe2+的浓度: H2O2: Fe2+=10:1 (3)H2O2的投加量和投加方式:
(三) 应用
废水脱色
难降解有机物的氧化
(四) 问题 成本高,需要现场制备
第二节 化学氧化法
四、湿式空气氧化法(Wet Air Oxidation) (一)湿式空气氧化
如 ClO-、MnO4-、Cr2O7-、Fe3+等。 ③新生态O原子
第二节 化学氧化法
一、氯化处理 (一) 应用 给水处理 废水处理
(二) 常用药剂
液氯、漂白粉、次氯酸钠,二氧化氯等。
(三) 氯氧化处理含氰废水
1、废水来源 电镀、炼焦和一些化工厂。
第二节 化学氧化法
2、基本原理
氯氧化剂在水中的存在状态: 2Ca OCl + 2H2O Cl 2 HOCl + Ca(OH)2 +CaCl2
第9章
氧化还原
Oxidation-reduction Processes
第一节 概述
一、氧化还原法
氧化还原:
氧化还原反应的实质是发生电子的转移。
氧化还原法:将废水中呈溶解状态的无机物
和有机物,通过化学反应被氧化或还原为微毒、 无毒的物质,或者转化成容易与水分离的形态, 从而达到处理的目的。
第一节 概述
Cl2 + H2O NaOCl
HOCl + HCl Na+ + OCl-
第二节 化学氧化法
第一阶段:局部氧化阶段
CN- + OCl- + H2O
CNCl+2OH-
CNCl+2OH-
①
②
CNO- + Cl- + H2O
注: 反应①速度快,与pH无关,中间产物CNCl在酸性 介质中较稳定,易挥发,其毒性和HCN相当。 反应②pH越高,反应速度越快。pH﹤9.5反应不完全; pH10-11反应10-15min即可完成。
第二节 化学氧化法
第二阶段:完全氧化阶段
CNO-的毒性只有HCN的千分之一,为保证水
体安全,增加药剂投加量,完全破坏C-N键。 2CNO- + OCl3、工艺流程
氧化剂 碱 酸 氧化剂
CO2↑+N2↑+3Cl- + CO32-
废水
集水池
第一反应池
第二反应池
排水
第二节 化学氧化法
4、控制条件
第一阶段:pH=10~11,反应时间10-15min,
反应:3O2 = 2O3-69kcal 具体反应:
O2 + e 2 O +e O2 + O O3 3O O3 O3 + e O2+O+e
第二节 化学氧化法
(四) 臭氧发生器
类型:板式: 立板式、卧板式 管式: 立管式、卧管式 卧管式臭氧发生器的组成: 净化系统: 过滤器、干燥器 发生单元: 电极为不锈钢 介电体为玻璃管 电器部分: 可调变压器
二、氧化还原法的类型 ①化学氧化法: 氯化法、臭氧氧化法、空气氧化法 ②化学还原法 ③电解法
第一节 概述
三、方法选择原则
处理效果好,反应产物无毒、无害。
处理费用合理,所需药剂易得。
操作简单。
第一节 概述
四、氧化还原法的作用
改变污染物存在状态,变为无毒或微毒物质。
降低废水的COD和BOD。
Fenton试剂: H2O2(氧化剂)+ Fe2+(催化剂) H2O2在Fe2+的作用下,可分解产生氧化能力很强的 游离基HO· ,反应过程: Fe2++ H2O2 Fe3++ OH- + HO· HO· + H2O2 HO2· + H2 O HO2· + H2 O 2 O2+ H2O+HO· Fe2++ HO· Fe3++ OHFe3++ H2O2 Fe2++ HO2- + H+ HO· 可从有机物分子上抽出H原子或加成到双键上, 形成有机游离基,最终形成含羟基过氧化物,
第二节 化学氧化法
(二) O3氧化机理 A、夺取氢原子,并使链烃羰基化,生成醛、 酮、醇或酸;芳香化合物先被氧化为酚,再氧化 为酸。 B、打开双键,发生加成反应。 C、氧原子进入芳香环发生取代反应。
第二节 化学氧化法
(三) 臭氧的制备方法 化学法、电解法、紫外光法、无声放电法。 无声放电法:臭氧产生的原理如图。 电极间距1-3mm,电压5000-30000V。
第二节 化学氧化法
(五) 臭氧氧化法的优缺点
优点: 1 、氧化能力强,对除臭、脱色、杀菌、去除有机 物和无机物都有显著的效果;
2 、处理后废水中的臭氧易分解,不产生二次污染;
3、制备臭氧用的空气和电不必存贮和运输,操作管 理也较为简便;
4、处理过程中一般不产生污泥。
缺点: 造价高;成本高。
第二节 化学氧化法
(4) 催化剂:可降低反应物的活化能,提高反应速度。
(5) 溶液的pH值:影响反应速度。 ① pH值(H+、OH-)影响着物质的存在形态。 ② H+参与反应,[H+]影响反应速度的快慢。
第二节 化学氧化法
化学氧化剂
①活泼H2O2、ClO2等。
②含氧酸根及高价金属离子
CN-:Cl2= 1:2.7
第二阶段:在pH =8~8.5时,反应时间30min,
CN-:Cl2= 1:4.1
第二节 化学氧化法
二、臭氧氧化法
(一)臭氧的性质
O3 是氧的同素异构体,在常温常压下为有鱼腥味的淡 紫色气体。
O3不稳定,在水中分解为O2。pH值越高,分解越快。
O3在水中溶解度比纯氧高10倍,比空气高25倍。 O3在酸性溶液中,E0=2.07V,仅次于氟(2.87V)。 O3在碱性溶液中,E0=1.24V,略低于氯(1.36V)。
改变污染物的可生化性。
消毒、除臭、脱色等。
第一节 概述
五、有机物的氧化和还原
加氧或去氢的反应称为氧化;
有机物与强氧化剂相作用生成CO2、H2O等
的反应判定为氧化反应;
加氢或去氧的反应称为还原。
第一节 概述
六、影响氧化还原反应的因素
(1) 物质的本性:一般活化能越高,反应速度就慢。 (2) 反应物浓度:反应物浓度越高,反应速度越快。 (3) 反应温度:反应温度越高,反应速度加快。
三、高级氧化过程——Fenton氧化法
高级氧化过程(Advanced Oxidation Progresses,AOPs)定
义为在水处理过程中以羟基自由基HO· 为主要氧化剂
的氧化过程。
高级氧化过程的特点: 氧化能力强 选择性小,反应速度快 氧化彻底,处理效率高
第二节 化学氧化法
(一) Fenton氧化法基本原理