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4000字幹貨,徹底搞懂臭氧在廢水中的應(yīng)用!

來源:抖阴app成人環(huán)保     發布時間:2021-08-05

       提起臭氧(O3),大家都知道,這是廣泛(fàn)存在於自然界大氣層中(zhōng)的氧氣的同素異形(xíng)體,在大氣中保護著我(wǒ)們不受紫外(wài)線的侵(qīn)害。
 
  而水(shuǐ)友們接觸臭氧更多怕是在環保領(lǐng)域,畢竟這是一種性能極其優越的氧化劑,可(kě)以對水體中難(nán)以降解的有機物進(jìn)行氧化分解,配合其(qí)他工藝對廢(fèi)水進行深度處理從而達到排放標準。
 
  那麽,臭氧氧化技術到(dào)底有啥魔力(lì),讓其能(néng)廣泛應用於水處理的各個領域(yù)呢?今天(tiān)我們就一(yī)起來了解(jiě)一下——
 
  文章主要(yào)分為6個部分,大家(jiā)可以按需閱讀:
 
  臭氧高級氧(yǎng)化技術原理
 
  臭氧氧化(huà)法的影響因素
 
  臭氧的製備方法
 
  臭氧氧(yǎng)化技術(shù)在廢水處理中的應用
 
  臭氧氧化(huà)技術與其他技術的組合工(gōng)藝
 
  臭氧氧化工藝的缺陷
 
  01臭氧高級氧化技術原理
 
  在廢水處理中,O3和汙染物之間的氧化方式主要有兩種方式:直接氧化和間接氧化。
 
  直接氧化就是O3和汙染物(wù)直接進行氧化反應;間接(jiē)氧化就是通過一些技術手(shǒu)段使(shǐ)得O3分解並生(shēng)成羥基自由基,再與有機物進(jìn)行氧化反應。
 
  在直接氧化中,O3分(fèn)子和汙染物之間是選擇性反應,且氧化後總(zǒng)有機碳含量下降不(bú)明顯,主要是為了(le)將大分子有機物(wù)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(de)有機物通常具有較高可生化(huà)性,在工業應(yīng)用中也有將O3用作工業廢水預(yù)處理環(huán)節增加廢水 B/C 比的應用場景。
 
  在間接氧化中,產生的 · OH 屬於高級氧化中(zhōng)*佳的氧化(huà)劑,可以快速氧化甚至(zhì)礦化水中的有機物(wù),迅(xùn)速降低水中中有機碳含量,氧化過程不具(jù)有選擇(zé)性(xìng),對於(yú)廣泛的難降解(jiě)有機物(wù)有良好的氧化作用(yòng)。
 
  O3具有殺菌性,通過O3與細胞膜、細胞質及染色體上的蛋白質類有機物的接觸氧化,可以迅速(sù)使蛋白質失活,起到殺菌除菌的效果。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(shì)利用O3的氧化性質。
 
  02臭(chòu)氧氧化法(fǎ)的影(yǐng)響因素
 
  O3對COD的去除效果很好,但在實際工業應用中(zhōng),其利用效率並不高。主要原因是汙染物中存在一些會(huì)大量消耗O3的其他汙(wū)染物,如色度、懸浮物等,使得投放的O3數量和時間都大大延長。
 
  同時(shí),O3投加量和去除效果也(yě)會受到接觸(chù)方式的影響,O3氧化的影響因素主要(yào)包括以下幾個方麵:
 
  臭氧的(de)投加(jiā)量和水溶的臭氧量
 
  O3投加量的多少直接(jiē)影響臭(chòu)氧對COD的去除效果,一般工(gōng)業上O3的投(tóu)加與水中COD的去(qù)除(chú)比例是2——4:1。
 
  水中實際O3的溶解量也會影響COD的去除速率。一般會存在一個臭氧氧化閾值,當水中(zhōng)溶解的(de)臭氧濃度低(dī)於某個特定值時,臭氧幾乎對COD沒有明顯去(qù)除。該(gāi)閾值根據不同水質情況(kuàng)而有一定的變化(huà)。
 
  水(shuǐ)質影響
 
  水質影響主要(yào)是指當存在其他(tā)汙染物,如色(sè)度、NO2一(yī)N、懸浮固體等,會影響O3的應(yīng)用去除效果。其中工程(chéng)上對水中SS的考察較多,一般會先通過預處理過濾後再(zài)進入O3工段。
 
  pH影響
 
  pH對(duì)臭氧氧化降解的(de)影響非常大(dà),體係的pH會直接影響以羥基自由基(jī)為主(zhǔ)的各類自由基(jī)的產(chǎn)生(shēng)。
 
  接觸方式
 
  O3與汙(wū)水的接觸方式對氧化效果也會產生不同的影響。接觸方式目前主要有氣(qì)體曝氣盤曝(pù)氣和射流器方式氣液混合,一般工程經驗是臭氧用射流器的氣液混合效率較高(gāo),但運行費用也會增加。
 
  03臭氧的製備方法
 
  隨著(zhe)臭氧製備技術的發(fā)展,臭氧的製備方法也(yě)有很多,按其產生方式分類主要有電化學、 原子輻射、光(guāng)化學(xué)和電暈放電(diàn)等幾種。
 
  工業生產(chǎn)中采用的臭氧源80%以上都是氣體電暈放電型的臭氧發(fā)生器,小型臭氧發生器的氣源可以是(shì)空(kōng)氣源也可以是氧氣源,而大型臭氧發生器的氣源一般采用的氧(yǎng)氣源。國外的臭氧發生器一般(bān)采用氧氣源。
 
  就國內市場而言,采用氧氣源相比較空氣源可以更加節省臭氧的運行費用,但存在(zài)液氧儲罐維護的(de)現場問題,所(suǒ)以市場上也接(jiē)受現場製氧機的方法。目前臭(chòu)氧製備主流方法有如下三種:
 
  電化學法
 
  作為曆(lì)史*悠久的方法(fǎ)之一,電化學(xué)法是電(diàn)解含氧電解質產生O3,其具有一些(xiē)其他方法沒有的(de)優勢,如電解的O3濃度和純度較高(gāo),目前適(shì)用於一些(xiē)小規模的臭氧應用場景。
 
  光化學法
 
  光(guāng)化(huà)學法通過光源中的高能紫外線分離氧氣產(chǎn)生氧原子,並和另(lìng)一分子氧聚合反應生成O3。在低壓汞紫外燈的條件下,其光化學的轉化效率隻有2%以下,工業應用經濟價值並不高。
 
  此法的優點是(shì)聚合的(de)臭氧對環境的濕度和溫度敏感度(dù)較低,並(bìng)具有較好的數據重複性,而且生成(chéng)O3與光源的功率成線性相關,故可以通過調整光源的功率,來控製O3的特定產量(liàng)和特定濃度。
 
  電(diàn)暈放電法
 
  電暈放(fàng)電法是指在(zài)高壓交變電場的條件下,使得氧氣產生(shēng)電(diàn)暈放電,其高能自由電子使氧分子(zǐ)離解,再通過原子間(jiān)的(de)碰撞反應聚(jù)合成新的臭(chòu)氧分子。
 
  相比於電化學法和光化學法,電暈放電法具有更大的市場應用價(jià)值,目前市售的大中(zhōng)型臭(chòu)氧發(fā)生器基本都是(shì)電暈放電法,並通過不斷的(de)技術迭代(dài),實現電暈放電成本逐漸降低。
 
  04臭氧氧化技(jì)術在廢水處理中的應用
 
  臭氧氧化技術處理印染廢水
 
  由於印(yìn)染廢水中多含有偶氮染料等(děng)成分,所以導致(zhì)印染廢水色度高並且難(nán)以生化處理。
 
  目前較多的是采用絮凝、吸附等分(fèn)離方法處理印染廢水,但是一方(fāng)麵這些方法費用較高,另(lìng)一方麵並沒有徹底降解去除廢水中的偶氮染料等(děng)汙染物,可(kě)能(néng)存在二次汙染(rǎn)問題(tí)。
 
  臭氧氧化法由於其高效性, 適用於處(chù)理高色度(dù)的廢水,目前以逐漸開始被應用於印染廢水的處理中(zhōng)。
 
  臭氧(yǎng)氧(yǎng)化技術處理垃(lā)圾滲透液(yè)
 
  填埋場垃圾滲濾液往往隨著填(tián)埋場的“年齡”增長而生化性(xìng)能不(bú)斷降低,往往老齡填埋場的滲濾液可生化性較低,不適(shì)宜直(zhí)接生物處理,通常需(xū)要先進行物化處理提高其可生化性能再進行生物處理。
 
  另外隨著膜處理係統在滲濾液(yè)中的應用,所產生的膜截留濃縮滲濾液往往生化性能也非常(cháng)低,也需要先進行物化處理之後才能進行進(jìn)一步的生物處理。所以近些年來臭氧氧化法處理垃圾滲濾液(yè)逐漸成為研(yán)究熱點。
 
  臭氧氧化技術處理煤化工廢水
 
  煤化工廢水中難降解(jiě)有機物及色度經二級處(chù)理難以去除,進(jìn)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(jiàng)低色度,且反(fǎn)應迅速,對pH要求不嚴格,出水中臭(chòu)氧能快速分解,對後續處理設施影響小。
 
  隨著臭氧製備成本的(de)降低以及臭氧相關的(de)高級氧化技術的開發,臭氧在煤化(huà)工廢水深度處理中有廣闊的應用前景。
 
  05臭氧氧化技術與其他技術的組合工藝
 
  雙氧水與臭(chòu)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氧化工藝。
 
  從(cóng)反應機(jī)理分析,雙氧水和臭氧的(de)聯合使用法屬於堿(jiǎn)催化臭氧氧化,該(gāi)方法的(de)特點(diǎn)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性*高的物(wù)質,可(kě)以無選擇性地降解有機物。
 
  由於其氧化過程帶入的物質反應分解後為水和氧氣 ,不會引入需要(yào)後處理的新雜質,故該法*先被應用在水質要求較高的給水(shuǐ)工藝中,而後(hòu)發展到高濃度工業廢水領域,並(bìng)已經(jīng)在美國和日(rì)本有相關應用,國內也(yě)有高濃度廢水處(chù)理工藝中選擇該工(gōng)藝。
 
  活性(xìng)炭法與(yǔ)臭氧氧化(huà)組合工藝
 
  活(huó)性炭與臭氧(yǎng)氧化組合工藝(yì)是利(lì)於臭氧氧化性(xìng)與顆粒活性炭(tàn)吸附法結合的方法。
 
  該方法*早是由德國*先開發的,該工藝*先用於給(gěi)水工藝中的殺菌和提高水的淨度,而(ér)後發展到汙水(shuǐ)處理中的深度處理環節。
 
  該工藝的核心是通過臭氧(yǎng)預處理降低廢(fèi)水中(zhōng)大分子有機物的(de)比例,增加活性炭(tàn)的吸附(fù)效能,同時臭氧也可以在活性(xìng)炭(tàn)表麵和內部強化其(qí)氧化性,分解吸附(fù)在活性炭上的有機物,提高臭氧的氧化效能,並加快活性炭的吸附(fù)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,降低工程投資和再生費用。
 
  紫外與臭氧聯合氧化法
 
  紫外與臭氧聯合氧化法是光催化氧化法的一種,它以(yǐ)紫外線為催化(huà)能源,以臭氧為氧化劑,通過紫外線(xiàn)提高臭氧的氧化(huà)效能。
 
  由於涉及光催化領域,所(suǒ)以該方法對於廢(fèi)水處理中水的澄清度有一定的要求,如果水中SS含量過高,會降(jiàng)低臭(chòu)氧紫外(wài)聯用的處理(lǐ)效率。該法已用於處理工(gōng)業廢水中(zhōng)的氰(qíng)化絡合物、高濃度有機物(wù)或含其他氯代有機物等汙染物。
 
  曝氣生物濾池與臭氧氧化組合工(gōng)藝
 
  工業(yè)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被基本去除,剩餘的未能被處理的COD基本(běn)都是難生物降(jiàng)解的頑固性有機物。
 
  曝氣生物濾池(BAF)對於汙染(rǎn)較小的生活汙水、市政汙水等效果較好,一(yī)般是用作尾水深度處理階段。 而對於已經經過生化處理的難降(jiàng)解(jiě)有機物,BAF單獨作用效果很差,隻存(cún)在部分吸附效果(guǒ)。
 
  若(ruò)是直接采用單獨臭氧氧化將這部分(fèn)難降解有(yǒu)機(jī)物氧化分解去除,其所需的臭氧量很大,會帶來大量的設備投資費用(yòng)和運(yùn)行(háng)成本(běn)。
 
  一般在工業上采用二級生化處理後的(de)廢水,先經過臭氧曝氣,將B/C比較低的大部分難降解大分子有機物降解為小分子物質,提高水體的可生化性(xìng),降低其有機負荷,然後(hòu)進人曝氣生物濾池,進一步強化生化達(dá)到處理標準,通過兩個單元協同(tóng)作(zuò)用,可以降低成本。該工(gōng)藝方案已在大量應(yīng)用臭氧的汙水處理廠得到應用。
 
  MBR與臭氧氧化組合工藝
 
  MBR與臭氧組合工藝有兩種組(zǔ)合方(fāng)式,即臭氧在前端和MBR在前端兩種(zhǒng)。兩種組合工(gōng)藝的目(mù)的性不盡相同。
 
  臭氧在前端的(de)工藝主要(yào)是依靠臭氧氧化廢水後可(kě)以提(tí)高廢水(shuǐ)中的B/C比,提高可生化(huà)性,對於含有一定量難降解汙染物的降解有一定的效果。在臭氧預氧化之後,進入MBR生化處理,使得出水COD降低。
 
  另(lìng)一種MBR在前端的工藝,主要是依靠生化法去除掉大量的COD,利(lì)用臭氧的高(gāo)級氧化性來進行深度處理,使得出水水質達標(biāo)排放(fàng)。
 
  06臭氧(yǎng)氧化工藝(yì)的缺陷
 
  在臭氧的工業化應用(yòng)項目中,也存在工藝(yì)設計和運行管理類的一些問題。
 
  例如(rú)臭(chòu)氧的強(qiáng)氧(yǎng)化性(xìng)會腐蝕與其接觸的(de)工藝設備,所有(yǒu)接觸到臭氧的(de)環節都要充分考慮其防腐防腐蝕氧化的措施,如混(hún)凝土結構要做防腐塗層,鋼體(tǐ)要選用316SS以上的材質(zhì),襯圈要選擇四氟以上的材質;
 
  臭氧氧化反應中會產生某些(xiē)絮狀(zhuàng)類懸浮物(wù),在設(shè)備停運期間會存在堵塞曝氣係統、管道和閥門(mén)的風險;
 
  部分存在表麵活性(xìng)劑類(lèi)的廢水在經過臭氧曝氣池或反應塔時會由(yóu)於表麵張力產生大量的泡沫,給運行帶來困難,反應池或(huò)反應塔要準備消泡措施,如(rú)表麵噴水或機械除沫;
 
  反應池高度(dù)受限時會存在未反應完全的臭氧隨尾氣(qì)排放的現象,應設(shè)置尾(wěi)氣再利用(yòng)設備或尾氣破壞設備,減少臭氧尾氣的外排;
 
  臭氧反(fǎn)應涉及到(dào)氣液相反應,可(kě)采用更優化的氣液混(hún)合裝(zhuāng)置,如加壓塔、射(shè)流曝氣(qì)、微孔曝氣等多種方式(shì),增加臭氧溶(róng)解度(dù),提高(gāo)臭氧反應器大規模使用的適用性;
 
  由於臭氧發(fā)生器為高(gāo)耗電量設(shè)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)故障對設備(bèi)運行造成的危(wēi)險,進(jìn)行科學的運行管理。
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