4000字幹貨(huò),徹底搞懂臭氧在廢水中的應用!
來源(yuán):www91環(huán)保 發布時(shí)間:2021-08-05
提起臭氧(O3),大家都知(zhī)道,這是廣(guǎng)泛存在於自然界大(dà)氣(qì)層中的氧氣的同素異形體,在(zài)大氣(qì)中保護著我們不受紫(zǐ)外線的侵害。
而水友們接觸臭氧更多怕是在(zài)環保(bǎo)領域,畢竟這是一種性能極其優越(yuè)的(de)氧化劑,可以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進行深度處理從而達到(dào)排放標準。
那麽,臭氧氧化技術到底有啥魔力,讓其能廣泛應用於(yú)水處理的(de)各(gè)個(gè)領域呢?今天我們就(jiù)一起來了解(jiě)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
臭氧氧化法的影響(xiǎng)因(yīn)素
臭氧的製備方法(fǎ)
臭氧氧(yǎng)化技術在(zài)廢水處理中的(de)應用
臭氧氧化技術與其他技術的組合工藝(yì)
臭氧氧化工藝(yì)的缺陷
01臭(chòu)氧(yǎng)高級氧化技術原理
在廢水處理中(zhōng),O3和汙染物(wù)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和汙染物直接進行氧化反應;間接氧化就是通過一些技術手段(duàn)使得O3分解並生成羥基自由基,再(zài)與有機物進行氧化反應。
在直接氧(yǎng)化中,O3分子和汙染物之間是(shì)選擇性反應,且氧化後總有機碳含量(liàng)下降不明顯,主要是為了將大分子有機物轉化成小分子有機物,整體的氧化程度不高,這些被打碎成小(xiǎo)分子的有機物通常具(jù)有較高可生化性,在工業應用中也有將O3用作工業廢水預處(chù)理環節增(zēng)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*佳的(de)氧化劑,可以快速氧(yǎng)化甚至礦化水中的有機物(wù),迅速降(jiàng)低水中中有機碳含量,氧化過程不具有選擇性,對(duì)於廣泛的難降(jiàng)解有機物有良好(hǎo)的氧化作用。
O3具有(yǒu)殺菌性,通過O3與細胞膜、細胞質及染色體上的蛋白質(zhì)類有機物的接觸氧化,可以(yǐ)迅(xùn)速使蛋白質失活,起到殺菌除菌的效果。在工業上也有利用臭氧進行脫硫、脫硝及除臭,其本質也是利用O3的氧化性質。
02臭氧氧化(huà)法的影響因素
O3對COD的去除效果很(hěn)好,但在(zài)實際工業應用中,其利用效率並不高。主要原因是汙染物中存在一些會(huì)大量消耗O3的其他汙染物,如色度(dù)、懸浮物等,使得投放的O3數量和時(shí)間都(dōu)大大延(yán)長。
同時,O3投加(jiā)量和去除效果(guǒ)也會(huì)受到接觸方式的影響,O3氧化的影響因素主要包括以(yǐ)下幾個方麵:
臭氧的投加量和水溶的臭氧量
O3投加量的(de)多少直接影響臭氧對COD的去除效(xiào)果,一般工業上O3的投加與水中COD的去(qù)除比(bǐ)例是2——4:1。
水中實際O3的溶解量也會(huì)影響COD的去除速率。一般會(huì)存在一個臭氧氧化閾值,當水(shuǐ)中溶(róng)解的臭氧濃度低於某個特定值時,臭氧幾乎對COD沒有明顯去除。該閾值根據不(bú)同水質情況而有一(yī)定的變(biàn)化(huà)。
水質影響
水質影響(xiǎng)主要是指當存在其他汙染物,如色度、NO2一N、懸浮固體等,會影響O3的應用去除效果。其中工程上(shàng)對水中(zhōng)SS的考察較多,一般會先通過預處理過濾(lǜ)後再進入O3工段。
pH影響
pH對臭氧氧化降解的影響(xiǎng)非常大,體係(xì)的pH會直接影(yǐng)響以羥基自由基為主的各類自由基的產生。
接觸方式(shì)
O3與汙水的接觸方(fāng)式對氧化效果也會產生不同(tóng)的影響。接觸方式(shì)目前主要有氣體曝氣盤曝氣和射流器方式氣液混合,一般工(gōng)程經(jīng)驗是臭氧用射流器的(de)氣(qì)液混(hún)合效率較高,但運行費用也(yě)會增加。
03臭氧的(de)製備(bèi)方法
隨著臭氧製備技術的發展,臭氧的(de)製備方法也有很(hěn)多,按(àn)其產生方式分類主要有電化學、 原子(zǐ)輻射、光化學和電暈放電等幾種。
工業(yè)生產中采用的臭氧(yǎng)源80%以(yǐ)上都是氣體電(diàn)暈放電型的臭氧發(fā)生器,小型臭(chòu)氧發生器的氣源可以(yǐ)是空氣源也(yě)可以是氧氣源(yuán),而大型臭氧發生(shēng)器的氣源一般采用的氧(yǎng)氣源。國(guó)外的臭氧發生器一般采用氧氣源。
就國內市場而言,采用氧氣源相比(bǐ)較空氣源可以(yǐ)更加節省臭氧的運(yùn)行費用,但存在液氧儲(chǔ)罐維護的現場問題,所以市場(chǎng)上也接受現場製(zhì)氧機的方法。目前臭氧製備主流方(fāng)法有如(rú)下三種:
電化學法
作為曆史*悠久的方(fāng)法之(zhī)一(yī),電化學法是電解含氧電解質產生O3,其具有一些其他方法沒有的優勢,如電解的O3濃度和純度較(jiào)高,目前適用於一些小規模的臭氧應用(yòng)場景。
光化(huà)學法
光化學法通過光(guāng)源中(zhōng)的高能紫外線分離氧氣產生氧原子,並和另一分子氧(yǎng)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(xiào)率隻(zhī)有2%以下,工業應(yīng)用經濟價值並不高。
此法的優點是聚合的臭氧(yǎng)對環境的濕度(dù)和溫(wēn)度敏感度較低,並具有較(jiào)好的數(shù)據重複性,而且生成O3與光源的功率成線性(xìng)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(dìng)濃度。
電暈放電法
電暈放電法是指在高(gāo)壓交變電場的條件下,使得氧氣產生電暈放電,其高能自由電子使氧分子離解,再通過原子間(jiān)的碰撞反應聚合成新的(de)臭氧(yǎng)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值,目前市售的(de)大中型臭氧發生器基本都是(shì)電暈放電法,並(bìng)通過不斷的技術迭代,實現電暈放電成本逐漸降低。
04臭氧(yǎng)氧化技術在廢水處理中(zhōng)的應用
臭氧氧化技術處理印染廢(fèi)水(shuǐ)
由於印染廢水中多含有偶氮染料等成分,所以導致印染廢水色度高並且難以生化處理。
目前較多的是采用絮凝、吸附(fù)等分離方法處理(lǐ)印染廢水,但是一方麵這些方(fāng)法(fǎ)費用較高,另一方麵並沒有(yǒu)徹底降解去除廢水中的偶(ǒu)氮染料等汙染物,可能存在二次汙染問題。
臭氧氧化法由於其高效(xiào)性, 適用於處理高色(sè)度的廢水,目前以逐漸開始被應(yīng)用於印染廢水的處理中。
臭氧氧(yǎng)化技術處理垃圾滲透液
填埋場垃圾滲濾液往往隨著(zhe)填埋場的“年齡(líng)”增長而生化(huà)性能不(bú)斷降低,往往老齡填埋場的滲濾(lǜ)液可生化性較低,不適宜直(zhí)接生物處理,通常需要先進行物化處(chù)理(lǐ)提高其可生化性能再(zài)進行生物處理(lǐ)。
另外隨著膜處理(lǐ)係統在滲(shèn)濾液中的應用,所產生的膜截留濃縮滲(shèn)濾液往(wǎng)往生化性能也非常低(dī),也需要先進行物化(huà)處理之後才能進行進一步的生物處理。所以近些年來(lái)臭氧氧化法(fǎ)處理垃圾滲(shèn)濾液逐漸成為研究熱點。
臭氧氧化技(jì)術處理煤化工廢水
煤(méi)化工廢水中難降解有機物及色度經二級處理難以去除,進行臭氧深度處理後去除效(xiào)果明顯,可以明顯降低(dī)CODcr,提高出水可生化性,降低色度,且反應迅速,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。
隨著臭氧製備成本的降低以及臭氧相關的高級氧化技術的開發,臭氧在煤化工廢水深度處理中(zhōng)有廣闊的應用前景。
05臭氧氧化技術與其他技術(shù)的組(zǔ)合工藝
雙氧水與臭氧聯合氧化工藝
雙氧水和臭氧的聯合使(shǐ)用,屬於(yú)高級氧化中的催化氧化工藝。
從反應機理分析(xī),雙氧水(shuǐ)和(hé)臭氧的聯合使用法屬於堿催化臭氧氧化,該方法的特點是通過雙氧水(shuǐ)與臭氧之間的催化作用產生羥基自由基,其被認為是高級(jí)氧(yǎng)化中氧化性*高的物質,可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(bú)會引入需(xū)要後處理的新雜質,故該法*先被應用在水質要(yào)求較高的給水工藝中,而後發展到高濃度工業廢水領域,並已經在美國和日本有相關應用(yòng),國內也有高濃度廢水處理工藝中選擇該工藝。
活性炭法與臭氧(yǎng)氧化組合工(gōng)藝
活性(xìng)炭與臭氧氧化組合(hé)工藝是利於臭氧氧化(huà)性(xìng)與(yǔ)顆粒活性炭吸附法結合的方法。
該方法*早是由德國*先開發的,該工藝*先用於給水工藝中的殺菌和提高水(shuǐ)的淨度,而後發展到汙水(shuǐ)處理中的深度處理環節。
該工藝(yì)的核心是通(tōng)過臭氧預處理降(jiàng)低廢水中大分子有機物的比例,增加活性炭的吸附效能,同時臭氧(yǎng)也可以在活性炭表(biǎo)麵和內部強化其氧化性,分解(jiě)吸附在活性炭上的有機物,提(tí)高(gāo)臭氧的氧化效能,並加快活性炭的(de)吸附再生更新速度(dù),降低活性炭所承擔的吸附負荷,增(zēng)加活性炭單次使用時長(zhǎng),降低工程投資和再生費用。
紫外與臭氧聯(lián)合氧化法
紫外與臭氧聯合氧化法是光催化氧(yǎng)化法的一種,它以紫外線為催化能源,以臭氧為氧(yǎng)化劑,通過紫外線提高臭氧的氧化效能。
由(yóu)於涉及光(guāng)催化領域,所以該方法對於廢水處理中水(shuǐ)的澄清度有一(yī)定的要求(qiú),如果(guǒ)水中SS含量過高,會降低臭氧紫外聯用的處理效(xiào)率。該法已用(yòng)於處理工業廢水中的氰化絡合物、高濃度(dù)有機物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(jiàng)解的有機物已被基本去除,剩餘的未能(néng)被處理(lǐ)的COD基本都是難生物降解的(de)頑固性有(yǒu)機物。
曝氣生物濾池(BAF)對於汙染較小的生活汙水、市政汙水(shuǐ)等效(xiào)果較好,一般是用作(zuò)尾水深度處理階段。 而對於已經經過(guò)生化處理的難降解有機物,BAF單獨作用效果很差,隻存在部分吸附效果。
若是直接采用單獨臭氧氧化將這部分難(nán)降解有機物氧化分解去(qù)除,其所需(xū)的臭氧量很大,會帶來大量的設備投資費用和運行成本。
一般(bān)在工業上采用二級生化處理後的廢水(shuǐ),先經過臭氧曝氣,將B/C比較低的大(dà)部分(fèn)難降解大分子有機物降解為小(xiǎo)分子物質,提高水體(tǐ)的可生化性,降低其有機(jī)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,可以降低(dī)成本。該工藝方案已在大量應用臭氧的汙(wū)水處理廠(chǎng)得(dé)到應用。
MBR與臭氧氧化組合工藝
MBR與臭氧組合工(gōng)藝有兩(liǎng)種組合方式,即臭氧在前端(duān)和MBR在前端(duān)兩種。兩種組合工(gōng)藝的目的性不盡相同。
臭氧在前端的工(gōng)藝主要是依靠(kào)臭氧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(yī)定量難降解汙染物(wù)的降解有一定的效果。在臭氧預(yù)氧化之後,進入MBR生化處理,使得出(chū)水COD降低。
另一種MBR在前端的工藝(yì),主要是(shì)依靠生化法去除掉大量的COD,利用臭氧的高級(jí)氧(yǎng)化性來進行深度處(chù)理,使得出水水質達標排放。
06臭氧氧化工藝的缺(quē)陷
在(zài)臭氧的工業化應用項目中,也存在工藝設計和運行管理類的一些問題。
例如臭氧的強(qiáng)氧化性會腐蝕與其接觸的工藝設備,所有接觸到臭氧的環節都要充分考慮其防腐防腐蝕氧化的措施,如混凝土結構要做防腐塗(tú)層,鋼(gāng)體(tǐ)要選用316SS以上的材質,襯圈(quān)要選擇四氟以上(shàng)的材質;
臭氧氧化反應中會產(chǎn)生某些絮狀類懸浮物,在設備停(tíng)運期間會存在堵塞曝(pù)氣係(xì)統、管道和閥門的風險;
部分存在表(biǎo)麵活性劑類的廢水在經過臭氧曝氣池或反應(yīng)塔時會(huì)由於表麵張力產生大量的(de)泡(pào)沫,給運行帶來困難,反(fǎn)應池或反應塔要準備(bèi)消泡措(cuò)施,如表(biǎo)麵噴水或機(jī)械除沫;
反應池高(gāo)度受限(xiàn)時會存在未反應完全的臭氧隨尾氣排放的現象,應設置尾氣再利用設備或尾氣破壞設備,減少臭氧尾氣的外排;
臭氧反(fǎn)應涉及到氣液相反應,可采用更優化的氣液(yè)混(hún)合裝置,如加壓塔、射流曝氣、微孔曝氣等多種方式,增加(jiā)臭氧溶解度,提高臭氧反應器大規模使用(yòng)的適用性;
由於臭氧發生器為高耗電量設備,部分設備(bèi)也涉及純氧氣源,運行管理中應設置專有區域,增加(jiā)檢測儀表,杜絕氧氣泄漏或電路故障對設備運行(háng)造成(chéng)的危險,進行(háng)科學的運行管理。