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摘要：臭氧（O3）具有很强的氧化各种物质的能力，是一种非常易溶于水的氧分子。因此，臭氧经常被用来氧化水中的污染物，从而使得可以利用臭氧减少土壤侵蚀和水污染造成的生活污水。臭氧氧化技术中操作简单，操作简便，因此臭氧氧化技术工业生产废水处理中得到了广泛的应用。
关键词：臭氧氧化技术；水处理；应用
前言
工业废水中普遍含有大量COD高且生物降解性不高，甚至具有活性污泥抑制性的物质。对于此类废水，采用传统的一级处理、二级处理已经很难达到日趋严格的废水环保排放标准。臭氧氧化法是高级氧化的一种，作为生化处理前破除大分子有机物的预处理或生化排水深度处理提标的方法，在工业废水中的应用已有很长的历史。
1臭氧的性质
臭氧在水中进行溶解之后会逐步转变成长链状的有机物，并且这种有机物是不饱和的状态。臭氧是属于氧的同素异形体，属于一种含有三个氧原子的大分子，并且这三个氧原子呈现三角形的排列方式。其中处于中间的一个原子与其他的两个原子距离长度是相等的。臭氧在正常的温度下呈现的是一种淡蓝色的气体，并有一种刺鼻的鱼腥味，溶于水之后使水变成了深蓝色，而臭氧在固体的状态时是紫黑色的。臭氧的分子结构界定其具有不稳定的特点，一般情况下，在空气中臭氧只需要20～50min就可以完全挥发掉，所以臭氧在空气中有一部分会变成氧气，并且温度越高越容易分解，分解的速度也就越快。研究表明，臭氧在水中的分解速度要比在空气中慢一些，正常情况下为35min，并且其溶解速度受到水温的影响，因此要具体情况具体分析。将臭氧、氯、过氧化氢这三种化学分子的电极电位进行比较，发现臭氧的氧化性能最优，氯和过氧化氢分别为1.36和1.78.所以，臭氧氧化性最强，仅次于氟，而氟不易溶于水的特征决定了在进行水处理时，应当首选臭氧。臭氧有着高强度的氧化性能，显而易见其缺点就是自身的强腐蚀性。除了一些比较贵重的金属，例如金、铂以外，臭氧对其他类型的金属都具有高强度的腐蚀和破坏的作用，此外，臭氧还对一些非金属的物体同样具有腐蚀性，即便是一些抗腐蚀性极强并且含有聚氯乙烯的塑料制品。在操作臭氧技术时所使用的设备也会因和臭氧的接触而产生氧化的现象，设备经常会出现疏松和开裂的问题。臭氧有着难闻的气味，并且并不是无毒的气体，所以工业对臭氧的生产量要有所控制，不能进行大量的生产，否则对人的身体也会带来一定的危害。研究结果显示，臭氧的浓度超标时会对周围的动物产生伤害。当人身处臭氧浓度为（0.5～1）×10-6环境下，并待1.5h后，人的身体会感到不适，进而出现口干、咳嗽的现象。人一旦长时间处于这样的环境中，严重者可能导致其呼吸道感染，研究报道表明，臭氧还有致癌的危害。
2臭氧氧化机理
通过研究相关的化学原理或者一些理论的推导可以知道，任何化学物质在进行氧化反应时都是通过使苯系物质、大分子量物质中较弱的化合键进行分解和断开，进一步形成分子含量较小的化学物质；从而改变了目标降解物的分子结构，使其更加容易通过氧化分解掉。臭氧通过直接氧化或者间接氧化的工程实现对水中污染物的破坏和分解。间接的方式可以说是臭氧溶解在水中之后，产生的羟基自由基从而实现对水中污染物氧化作用也就是R反应。其中，这两种氧化作用是存在差异的，直接进行氧化作用时，水溶液中存在着是O3分子，可以对水中的有机物直接发生氧化作用，清除掉水中的污染物质，进而使水达到清洁的目的；间接氧化是指O3分子溶解于水之后，会产生比O3分子本身氧化能力更强的化学物质，也就是羟基自由基，它也可以对水中的有机物进行氧化反应，并且氧化能力更强，这就是O3的间接氧化清除污染物的过程。
3臭氧氧化技术的应用
3.1催化臭氧氧化技术
催化臭氧氧化技术按催化剂的存在物质形态划分，可以分为均相催化臭氧氧化与非均相催化臭氧氧化两种。工业应用中的技术革新重点在非均相催化剂的应用。
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3.1.1均相催化臭氧氧化
溶液中存在的金属离子可以显著提高O3对有机物的氧化能力，并能有效降低中间产物的产生，目前一般采用的催化剂是过渡族的金属离子，包括Mn（II）、Al（III）、Fe（III）、Cu（II）、Co（II）和Ni（II）等。Hewes和Davinson[11]在1972年首先发现FeSO4、MnSO4、NiSO4、CoSO4能够提高臭氧对废水中TOC去除率。臭氧技术相关的科研工作者对均相金属离子催化臭氧氧化技术开始开发和研究。
3.1.2非均相催化臭氧氧化
相比于均相催化剂，非均相催化剂具有更重要的现实意义，主要是因为在工业化应用过程中均相催化剂会带来催化剂流失及出水金属超标的问题。工业应用中，用来制备非均相催化剂的金属主要是从均相催化剂延伸而来，主要为过渡金属氧化物（如MnO2、CuO、Fe2O3、NiO、TiO2、CoO、Al2O3等）和填加贵金属助催化剂的负载催化剂（如Ru、Pd）。
3.2臭氧氧化技术与其他水处理技术组合工艺
科研工作者根据臭氧的氧化性质，同时考虑实际工程应用经验，研发出了大量臭氧与其他水处理技术组合联用的工艺技术，例如臭氧双氧水联用法、生物活性炭法、臭氧紫外线联用法与臭氧MBR组合处理法等。
3.2.1双氧水与臭氧联合氧化组合工艺
双氧水和臭氧的联合使用，属于高级氧化中的催化氧化工艺。从反应机理分析，双氧水和臭氧的联合使用法属于碱催化臭氧氧化，该方法的特点是通过H2O2与O3之间的催化作用产生羟基自由基（?OH），其被认为是高级氧化中氧化性最高的物质，可以无选择性地降解有机物。由于其氧化过程带入的物质反应分解后为H2O和O2，不会引入需要后处理的新杂质，故该法首先被应用在水质要求较高的给水工艺中，而后发展到高浓度工业废水领域，并已经在美国和日本有相关应用，国内也有高浓度废水处理工艺中选择该工艺。
3.2.2活性炭法与臭氧氧化组合工艺
活性炭与臭氧氧化组合工艺是利于臭氧氧化性与颗粒活性炭吸附法结合的方法。该方法最早是由德国首先开发的，该工艺首先用于给水工艺中的杀菌和提高水的净度，而后发展到污水处理中的深度处理环节。该工艺的核心是通过臭氧预处理降低废水中大分子有机物的比例，增加活性炭的吸附效能，同时臭氧也可以在活性炭表面和内部强化其氧化性，分解吸附在活性炭上的有机物，提高臭氧的氧化效能，并加快活性炭的吸附再生更新速度，降低活性炭所承担的吸附负荷，增加活性炭单次使用时长，降低工程投资和再生费用。
3.2.3紫外与臭氧联合氧化法
紫外与臭氧联合氧化法是光催化氧化法的一种，它以紫外线为催化能源，以O3为氧化剂，通过紫外线提高臭氧的氧化效能。由于涉及光催化领域，所以该方法对于废水处理中水的澄清度有一定的要求，如果水中SS含量过高，会降低臭氧紫外联用的处理效率。该法已用于处理工业废水中的氰化络合物、高浓度有机物或含其他氯代有机物等污染物。
结束语
当前我国的水资源状况出现了许多问题，人们一味地发展重工业的同时，却忽略了对水资源节约环保的意识。臭氧氧化技术将发挥巨大的作用，随着我国保护环境意识的加强以及科技的进步，臭氧氧化技术的应用范围将会更加广阔，此外，相关的技术人员还应该结合其他的氧化技术，为未来实现更成熟和更完善的水处理技术提供保障。
参考文献：
［1］黄程兰，刘敏，陈滢，等.臭氧在污水处理中的应用[J]. 四川化工，2016（1）：25-28.
［2］陈力行，史惠祥，沈涤清，等.造纸废水臭氧曝气生物滤池深度处理技术研究[J]. 水处理技术，2015，36（8）：88-91.
论文作者:刘汇泽
论文发表刊物:《防护工程》2018年第33期
论文发表时间:2019/2/22
标签：臭氧论文; 有机物论文; 催化剂论文; 活性炭论文; 水中论文; 技术论文; 组合论文; 《防护工程》2018年第33期论文;