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4000字幹貨,徹底搞懂臭(chòu)氧在廢水中的應用!

來源:亚洲国产一区二区三区波多野结衣環保(bǎo)     發布時間:2021-08-05

       提起臭氧(O3),大家都知道,這是廣(guǎng)泛(fàn)存在於(yú)自然界(jiè)大氣層中的氧氣的同素異形體,在大氣中保護著(zhe)我們不受紫外線的侵害。
 
  而水友們接觸(chù)臭氧更多怕是在環保領域,畢竟這是一種(zhǒng)性能極其優越的(de)氧化劑,可以(yǐ)對水體中難以降解的有機物進行氧化分解,配合其他工藝對廢水(shuǐ)進(jìn)行深度(dù)處理從而(ér)達到排放標準。
 
  那麽,臭氧氧(yǎng)化技術到底有啥(shá)魔力,讓其能廣泛應用於水處理的(de)各個領域呢?今天我們就一起來了解一(yī)下——
 
  文章主要分為6個部分,大家可以按需閱讀:
 
  臭氧高級氧化技術原理
 
  臭氧氧(yǎng)化法的影響因素
 
  臭氧的製備方法
 
  臭(chòu)氧氧化技術在(zài)廢水處理中的應用
 
  臭氧氧化技術與其(qí)他技術的組合工藝(yì)
 
  臭(chòu)氧氧化工藝的缺陷
 
  01臭氧高級氧化技術(shù)原理
 
  在廢水處(chù)理中,O3和汙染物之間的氧化方式主要有兩種方式:直接氧(yǎng)化(huà)和間接氧化。
 
  直(zhí)接氧化就是O3和汙染物直接進行氧化反應;間接氧化就是通過一些技術手(shǒu)段使得O3分解並生成羥基自由基,再與有機物進行氧化反應。
 
  在直接氧化中(zhōng),O3分子和(hé)汙染物之間是選擇性反(fǎn)應,且氧化後(hòu)總有機碳含量下(xià)降不明顯,主要(yào)是為了將(jiāng)大分子有機物轉化成小分子有機物,整體(tǐ)的(de)氧化程度不高(gāo),這些被打碎成小分子的有機(jī)物通常具有較高可生化性,在工業應用中也有將O3用作工(gōng)業廢水預處理環節增加廢水 B/C 比的應用場景。
 
  在間接氧化中,產(chǎn)生(shēng)的 · OH 屬於高級(jí)氧化中*佳的氧化劑,可以快速氧化(huà)甚(shèn)至礦化水中(zhōng)的有機物,迅速(sù)降低水中中有(yǒu)機碳含量,氧化(huà)過程不具有選擇性,對於廣泛的(de)難(nán)降解有機物有(yǒu)良好的氧(yǎng)化作用。
 
  O3具有殺菌性,通過O3與細胞膜、細(xì)胞質及染色體上的蛋白質類有(yǒu)機物(wù)的接觸氧化,可以迅速使蛋白質失活,起到殺菌除菌(jun1)的效果。在工業上也有利用臭氧進(jìn)行脫硫、脫硝及除臭,其本質也是利(lì)用O3的氧化性(xìng)質。
 
  02臭氧氧化法的影響(xiǎng)因素
 
  O3對COD的去除效果很好(hǎo),但在實際(jì)工業應用中,其利用效率並不高。主要原因是汙染物中存在一些(xiē)會大(dà)量消耗(hào)O3的其他汙染(rǎn)物,如色度、懸浮物等(děng),使得投放的O3數(shù)量和時間(jiān)都大大延長。
 
  同時,O3投(tóu)加量和去除效果也(yě)會受(shòu)到接(jiē)觸方式的影響,O3氧化的影響(xiǎng)因素主要包(bāo)括以下幾個(gè)方麵:
 
  臭氧的投加量和水溶的臭氧量
 
  O3投加量的多少直接影響臭氧對COD的去(qù)除(chú)效果,一般工業上O3的投加與水中COD的(de)去除比例是2——4:1。
 
  水中實(shí)際O3的溶解量也會影響COD的去除速率。一般會存在(zài)一個(gè)臭氧氧化(huà)閾值,當水中溶解(jiě)的臭氧濃度低於某(mǒu)個特定值時,臭氧幾乎對COD沒有明顯去除。該閾值根據不同水質情況(kuàng)而有一定的變化。
 
  水質影響(xiǎng)
 
  水質(zhì)影響主要(yào)是指當存在其他汙染物,如色(sè)度、NO2一N、懸浮固體等,會影響O3的(de)應用去除效(xiào)果。其中(zhōng)工程上對水中SS的考察較多,一般會先通過預處理過濾後再進入O3工段。
 
  pH影(yǐng)響
 
  pH對臭氧氧化降解的影響非常大,體係的pH會直(zhí)接影響以羥基(jī)自由基為主的各類自由基的產生。
 
  接觸方(fāng)式
 
  O3與汙水的接觸方式對氧化效果也會產生不同的影響(xiǎng)。接觸方式目前主要有氣體曝氣盤曝氣和(hé)射流器方式氣液(yè)混合,一般工程經驗是臭氧用射流器的氣液混合效率較高,但運行費用也會增加(jiā)。
 
  03臭氧的製備方法
 
  隨著臭氧製備技術的發展,臭氧的製備方法也有很多(duō),按其產生方式分類主要有電化學、 原子輻射、光化學和電(diàn)暈放電等幾種。
 
  工業生產中采(cǎi)用(yòng)的臭氧源80%以上都是氣體電暈放電型的臭氧發生器,小型臭(chòu)氧發(fā)生器的氣源可以是空氣源也可以(yǐ)是氧氣源,而大型臭氧(yǎng)發生器的氣源一般(bān)采用的氧氣源。國外的臭氧發生器一般采用氧氣源(yuán)。
 
  就國內(nèi)市場而言,采用氧氣源相比較空氣源可以更加節省臭氧的(de)運行費用,但存在(zài)液氧儲罐維護的現場問題,所以市(shì)場上也接受現場製氧機的方法。目前臭氧製備主流方(fāng)法有如下三種:
 
  電化學法
 
  作為曆史*悠久的方法之一,電化學法(fǎ)是電解含氧電解質產生O3,其具有一些其他(tā)方法沒有的優勢,如電解的O3濃度和純度較高,目前適(shì)用於一些小規模(mó)的臭氧應用場景(jǐng)。
 
  光化學法
 
  光化學法通過光源中的高能紫外線分離氧氣產生氧原子,並和另一分子氧聚合反應生成O3。在低壓汞紫外燈的條件下,其光化學的(de)轉化效率隻有2%以下,工業(yè)應用經濟價值並不高。
 
  此法的優點是(shì)聚(jù)合的臭氧對環境的濕度和溫度敏感度較低,並(bìng)具有較好的數據重複性,而且生成O3與(yǔ)光源(yuán)的功率成線性相關,故可以通過調整光源的功率,來控製(zhì)O3的特定產(chǎn)量和特定濃度(dù)。
 
  電暈放電(diàn)法
 
  電暈放電(diàn)法是指(zhǐ)在高壓交變電場的條(tiáo)件下,使得氧氣產生電暈放電,其高能自由電子使氧(yǎng)分子離解,再通過原子間(jiān)的(de)碰撞反應聚合成新的臭氧分子。
 
  相比於電化學法和光化學法,電暈放電(diàn)法具有更(gèng)大的市場應用價值(zhí),目(mù)前(qián)市售的大中型(xíng)臭氧發生器基(jī)本都是電暈放電法,並通過不(bú)斷的技(jì)術迭代,實(shí)現(xiàn)電暈放電成本逐漸降低。
 
  04臭氧氧化技術在廢水處理中的應用
 
  臭氧氧化(huà)技術處理印染廢水
 
  由於(yú)印染廢(fèi)水中(zhōng)多含有(yǒu)偶氮染料等成分,所以導致(zhì)印染(rǎn)廢水色度(dù)高並且(qiě)難以生(shēng)化處理。
 
  目前較多的(de)是采用絮凝、吸附等(děng)分離方法處理印染廢水,但是一方麵這些方法(fǎ)費用較高,另一方麵並沒有徹底降解去除(chú)廢水中的偶氮染料等汙染物(wù),可能存在二次汙染問題。
 
  臭氧(yǎng)氧化法由於其高效性, 適用於處理高(gāo)色度的廢水,目前以逐漸開始(shǐ)被應用於印(yìn)染廢水(shuǐ)的處理(lǐ)中。
 
  臭氧氧化技術處理垃(lā)圾滲(shèn)透液
 
  填埋場垃圾滲濾液往往(wǎng)隨著填埋場的“年齡”增長而生化性能不斷降低,往往老齡填埋場的(de)滲濾液可(kě)生化性較低,不適宜直接生物處理,通常需(xū)要先進行物化處理提高其可生化(huà)性能再進行生物處理。
 
  另外隨著膜處理係統在滲濾液中的應用,所產(chǎn)生(shēng)的膜(mó)截留濃縮滲濾(lǜ)液往往生化性能也非常低,也需要先進行(háng)物化(huà)處理之後才能進行進一步的生物處理。所以近些年來臭(chòu)氧氧化法處理垃圾滲濾液逐漸成為研究熱點(diǎn)。
 
  臭氧氧化技(jì)術處理煤化(huà)工廢水
 
  煤化工廢水中難降解有機物及色度經二級處理(lǐ)難以去除,進行臭氧深度處理後去除效果明顯,可以明顯降低CODcr,提高出水可生化性,降低色度(dù),且反應迅(xùn)速,對pH要求不嚴格,出水中臭氧能快速分解,對後續處理設施影響小(xiǎo)。
 
  隨著臭氧製(zhì)備成本的降低以及臭氧相關的高(gāo)級氧化技術的開發,臭氧在煤化工廢水深度處理中有廣闊的應用(yòng)前景。
 
  05臭氧氧化(huà)技術與其他技(jì)術的組合工藝
 
  雙(shuāng)氧水與臭氧聯合氧化工藝
 
  雙氧水和臭氧的聯合使用,屬於高級氧化中的催化(huà)氧化工藝。
 
  從反應(yīng)機理分析,雙氧水和臭氧的聯合使用法(fǎ)屬於堿催化(huà)臭氧氧化,該方法的特點是通過雙氧水與臭氧之間的催化作用產生羥基自由基,其被(bèi)認為是高級氧化中氧化(huà)性*高的物質,可(kě)以無選(xuǎn)擇性地降解有機物。
 
  由於其氧化過程帶入的物質反應分解後(hòu)為水和氧氣 ,不會引入需(xū)要後處理的新雜質,故該法*先被(bèi)應用在水質(zhì)要求較高的給(gěi)水工藝中,而後發展到高濃度工業廢(fèi)水領域,並已經在美國和日(rì)本有相關應用,國內也有高(gāo)濃度廢水處理工(gōng)藝(yì)中選擇該工藝。
 
  活性炭法與(yǔ)臭氧氧化組合工藝
 
  活性炭與臭氧氧化(huà)組合工藝是利(lì)於臭氧氧化性與顆粒活(huó)性炭吸附法結合的方法。
 
  該方(fāng)法*早是由德國*先開發的,該(gāi)工藝*先用於給水(shuǐ)工藝中的殺菌和(hé)提(tí)高水的淨度,而後發展到汙水處(chù)理中(zhōng)的深度(dù)處理環節。
 
  該工藝的核心(xīn)是通過臭氧預處理降低廢水中大分子(zǐ)有機物的比例,增加活性炭的吸附效能,同時臭氧也可以在活性炭表麵和內部強化其氧化性,分解(jiě)吸附在活性(xìng)炭上的有機物,提(tí)高臭氧的氧化效能(néng),並加快活性炭的吸附再生更新速度,降低活性炭所承擔的吸附負荷,增加活性炭單次使用時長,降低工(gōng)程投資和再生費用。
 
  紫外與(yǔ)臭氧聯合氧化法
 
  紫(zǐ)外與臭氧聯(lián)合氧化法(fǎ)是光催化氧化法的一種,它以紫外線為催化能源,以臭氧為氧化劑,通過紫外線提高臭氧的(de)氧化(huà)效能。
 
  由(yóu)於涉(shè)及光催化領域(yù),所以該方法對於(yú)廢(fèi)水處理中水的(de)澄清度有一定的要求(qiú),如(rú)果水中(zhōng)SS含量過高,會降(jiàng)低臭氧紫外聯(lián)用的處理效率。該法已(yǐ)用於處理工業廢水中的氰化絡合物、高濃度有機物或含其他(tā)氯代有機物等汙染物。
 
  曝氣(qì)生物濾池與臭(chòu)氧(yǎng)氧化組合工藝
 
  工業廢水經傳統一級和二級處理後,水中含有的大部分可生物降解的有機物已(yǐ)被基本去除,剩餘的未能被處(chù)理的COD基本都是難生物降解的頑固性有機物。
 
  曝氣生物濾(lǜ)池(BAF)對於汙(wū)染(rǎn)較小的生活汙水(shuǐ)、市政汙水等(děng)效果較好,一般是用作尾水深度處理階段。 而對於已經經過(guò)生化處理(lǐ)的難降解有機物,BAF單獨作用效果很差,隻存在(zài)部分吸(xī)附(fù)效果。
 
  若是直接(jiē)采用單獨臭氧(yǎng)氧化將這部分難降解有機物氧化分解去除,其所需的臭氧量很大,會帶(dài)來大量的(de)設備投資費用和運行成本。
 
  一般在工業上采用二級生化處理後的廢(fèi)水(shuǐ),先經(jīng)過臭氧曝氣,將B/C比較低的大部分難降解大分子有機物降解為(wéi)小分子(zǐ)物質,提(tí)高水體(tǐ)的可生化性(xìng),降(jiàng)低其有(yǒu)機負荷,然後進人曝氣生物濾池,進一步強化生化達到處理標準,通過兩個單元協同作用,可以(yǐ)降低成本。該工藝方案已在大(dà)量應用臭氧的汙(wū)水處理廠(chǎng)得到應用。
 
  MBR與臭(chòu)氧氧化組合(hé)工藝
 
  MBR與臭氧組合工藝有兩種組合(hé)方(fāng)式,即臭氧在前端和MBR在(zài)前(qián)端兩種。兩種組合工藝的目的性不盡(jìn)相同。
 
  臭氧在前端的工藝主要是依靠臭氧(yǎng)氧化廢水後可以提高廢水中的B/C比,提高可生化性,對於含有一定量難降解汙染物的降(jiàng)解有一定的效果。在臭氧預氧化之後,進(jìn)入MBR生化處理,使得(dé)出水COD降低。
 
  另一(yī)種MBR在前端(duān)的工藝(yì),主要是依靠生化法(fǎ)去除掉大量的COD,利用臭氧的(de)高級氧(yǎng)化性來進行深度處理,使(shǐ)得出水水質(zhì)達標排放。
 
  06臭氧氧化工藝(yì)的缺陷
 
  在臭氧的工業化應用項目中,也存(cún)在工藝設計和運行管理類(lèi)的一些問題。
 
  例如臭氧(yǎng)的強氧化性會腐蝕與其接觸的工藝設(shè)備,所有接觸(chù)到臭氧的環節都要充分考慮其防(fáng)腐防腐蝕氧化的措施,如混凝土結構要做防腐塗層,鋼體(tǐ)要選(xuǎn)用316SS以上(shàng)的材質,襯圈(quān)要選擇四氟以上的材質;
 
  臭氧氧(yǎng)化反應中會產生某些(xiē)絮狀類懸浮物,在設備停運期間會存在堵塞曝氣(qì)係(xì)統、管道和(hé)閥門的風險;
 
  部分存在表麵(miàn)活性(xìng)劑類的廢水在(zài)經過臭(chòu)氧曝氣(qì)池或反應塔時會由於表麵張力產生大量的泡沫,給運(yùn)行帶來困難,反應(yīng)池或反應塔要準備消泡措施,如表麵噴水或機械除(chú)沫;
 
  反應(yīng)池高(gāo)度受限時(shí)會存在未反應完全的臭氧隨尾(wěi)氣排放(fàng)的現象,應(yīng)設(shè)置尾(wěi)氣再(zài)利用設備或尾氣破壞設備,減少臭氧尾氣的外(wài)排;
 
  臭氧反應涉及到氣液相反應,可采用更優化的氣液混合(hé)裝置,如加(jiā)壓塔、射流曝(pù)氣、微孔曝氣等多種方式,增加臭(chòu)氧(yǎng)溶解度,提高臭氧反應器(qì)大規模使用的適用性;
 
  由(yóu)於臭氧發生器為高(gāo)耗電量(liàng)設備,部分設備也涉及純氧氣源,運行管理中應設置專有區域,增加檢測儀表,杜絕氧氣泄漏或電路(lù)故障對(duì)設備(bèi)運行造成的危險,進行科學的運行管理。
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