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              廢水處理臭氧高級氧化技術

              文章出處:未知發表時間:2023-11-28 13:26:44

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                  一般工業廢水中含有大量的人工合成有機物,如芳烴、多環芳烴、氯代芳烴、有機酸酯等。這些有機物污染物不僅難以生化降解,而且進入環境系統后會沿著食物鏈生物富集,最終影響人類的神經系統、內分泌系統、生殖功能等。因此,水中難降解有機物的污染問題已成為水資源治理面臨的一項嚴峻挑戰。臭氧高級氧化技術作為一種綠色高效的水處理技術,因其可以通過臭氧分解產生強氧化活性的氧自由基(·OH、·O2-、1O2)而受到廣泛的關注。其中比較常見的有以下幾種:(1)單獨臭氧氧化(O3);(2)紫外/臭氧氧化(UV/O3);(3)過氧化氫/臭氧氧化(H2O2/O3);(4)金屬催化臭氧氧化。下面,江蘇銘盛環境為您介紹了臭氧高級氧化技術在工業廢水處理中的應用。

              1、臭氧高級氧化的原理

              臭氧在水中分解后產生比臭氧更強的氧化性物質,如羥基自由基(·OH)等,可以有效地去除水中有機污染物。臭氧在水中的分解反應為自由基鏈式反應,引發該鏈式反應的物質主要有兩種:由水中OH-引發臭氧分解產生HO2··O2-;由水中雜質M(如某些金屬離子)引發臭氧分解產生HO3·、·OH、O3-。氧化能力較弱的·O2-可以迅速與臭氧反應,促進水中臭氧分解產生·OH。羥基自由基(·OH)作為一種無選擇性的強氧化劑,與有機物分子氧化反應的反應速率常數可達106109L·mol1·s1,許多難生化降解的有機污染物均可通過·OH的氧化作用有效去除。

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              2、臭氧高級氧化技術在廢水處理中的研究進展

              2.1 單獨臭氧氧化(O3)技術

              單獨臭氧氧化處理有機物時,是以臭氧分子與有機物之間的直接氧化為主導。這種處理方法雖然高效無污染,但也存在一些明顯的不足之處。臭氧與不同有機物反應時的反應速率常數相差較大,即臭氧氧化具有選擇性,使得廢水中的CODTOC很難被徹底去除。因此,臭氧類高級氧化技術一般通過與其他技術聯合使用來促進臭氧分解產生高活性的·OH,從而增強有機物的去除效果。

              2.2 紫外/臭氧氧化(UV/O3)技術

              UV/O3技術將紫外與臭氧結合,利用紫外輻射產生的能量使得臭氧分解產生大量的·OH,從而提高有機物的去除效果。

              隨著對UV/O3體系的不斷深入研究,研究者也提出了較為詳細的催化機理,如圖2所示。UV/O3體系催化降解有機物主要通過·OH的作用完成,其過程可以分為兩個階段。第一階段,溶解在水中的臭氧發生光解產生H2O2,H2O2在紫外光照的作用下直接分解產生·OH,這是該階段產生·OH的主要方式。上述方式產生的·OH進入第二階段的自由基反應循環,同時水中的有機污染物也參與該循環反應,促進有利于臭氧分解的O2-生成。此時O2-對臭氧的分解是產生·OH的主要方式。

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              UV/O3技術雖然具有很強的氧化能力,但由于其處理費用較高,操作工藝復雜,一般只是在實驗室作為基礎研究。目前研究比較熱門的是將UV/O3技術與TiO2、ZnO等一系列光催化材料結合起來,在提高降解效率的同時可以降低處理費用。

              2.3 過氧化氫/臭氧氧化(H2O2/O3)技術

              H2O2作為一種常見的氧化劑也經常被用于臭氧高級氧化技術中。H2O2/O3的作用機理與OH-/O3相似,H2O2去質子化后產生HO2-,HO2-與臭氧作用產生高活性的·OH以及可以促進臭氧分解的O2-。其機理過程可用如下反應方程式來描述:

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              H2O2/O3體系對有機物的降解效率顯著,且H2O2分解后不產生新的污染物,是一種綠色高效的高級氧化技術。但在其實際應用中仍存在以下幾個問題:(1)H2O2O3的投加量難以確定。在一定范圍內增加H2O2可以促進·OH的產生,但過量的H2O2會猝滅·OH,影響有機物的去除率。(2)H2O2/O3體系受溶液pH的影響較大。在中性及堿性條件下,溶液中會有大量的無機碳(HCO3-、CO32-)存在,導致·OH的猝滅;在酸性條件下,H2O2很難發生去質子化反應,從而影響·OH的產生。

              2.4 金屬催化臭氧氧化技術

              金屬催化臭氧化技術即通過在臭氧化過程中加入一些金屬氧化物或金屬離子促進臭氧分解產生·OH。按照催化劑的形態,可以將催化臭氧化分為:均相催化臭氧化(催化劑以金屬離子形態存在)以及非均相催化臭氧化(催化劑為金屬氧化物固體或將金屬/金屬氧化物負載在固相載體上)。

              3、結論

              臭氧自被人類發現以來,已被廣泛運用于水處理消毒等方面。單獨臭氧往往不能使有機物徹底降解,需要將臭氧與其他技術聯合使用。比較常見的有以下幾種:紫外/臭氧氧化(UV/O3)、過氧化氫/臭氧氧化(H2O2/O3)、金屬催化臭氧氧化。其中,金屬催化臭氧氧化中的非均相催化臭氧化技術因為具有高效簡便的特點,且在一定程度上解決了催化劑循環利用的問題,是今后臭氧高級氧化技術研究的重要方向。


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