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4000字幹貨,徹底搞懂臭氧在廢水中的(de)應用!

來源:抖阴app成人環保     發布時(shí)間:2021-08-05

       提起臭氧(O3),大家都知道,這是廣泛存在於自然界大氣層中的氧氣的同素(sù)異形體,在大氣中保護著我們不(bú)受紫外線的侵害。
 
  而水友們接觸臭氧更多怕是在環保領域,畢竟這是一種性能極其優(yōu)越的氧(yǎng)化劑,可以對水體中(zhōng)難以降解的有機物進行氧(yǎng)化分解,配合其他工藝對廢水進行深度處(chù)理從(cóng)而達到排(pái)放標準。
 
  那麽,臭氧氧化技術到底有啥魔力,讓其能廣泛應用於水處理的各個領域呢?今(jīn)天我們就一起來了解一下——
 
  文章主要分為6個部(bù)分,大家可以按需閱讀:
 
  臭氧(yǎng)高級氧化技術原理
 
  臭氧氧化法的影響(xiǎng)因素
 
  臭氧的製備方(fāng)法
 
  臭氧氧化(huà)技術在廢水處理中的應用(yòng)
 
  臭氧氧化技術與其他技術的組合工藝
 
  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(jiān)的氧化(huà)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(jiù)是通過一些技(jì)術手段使得O3分解並生成(chéng)羥基自(zì)由基,再與(yǔ)有機物進行氧(yǎng)化反應。
 
  在直(zhí)接氧化中,O3分子和汙染物之間是選擇性反應,且氧化後總(zǒng)有機碳含(hán)量下降不明顯,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(chéng)度不高,這些被打碎成小(xiǎo)分子的有機物通常具有較高可生化(huà)性,在工(gōng)業(yè)應用中也有將O3用作工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,產生的 · OH 屬於(yú)高級氧化中*佳的氧(yǎng)化劑,可以(yǐ)快速氧化甚至礦化水(shuǐ)中的有機物(wù),迅(xùn)速降低水中中有機碳(tàn)含量,氧化過程不具有選擇性,對於廣泛(fàn)的難降解有(yǒu)機物有良好的氧化作用。
 
  O3具有殺菌性(xìng),通過O3與細胞(bāo)膜、細(xì)胞(bāo)質及染色體上的蛋白質類(lèi)有(yǒu)機物的接(jiē)觸氧化,可以迅速使蛋白質失活,起到殺菌除菌的效果。在(zài)工業上(shàng)也有利用臭氧進行脫硫、脫硝及除臭,其本(běn)質也是利用O3的氧化性質。
 
  02臭氧氧化法的影響因素
 
  O3對COD的(de)去除效果很好(hǎo),但在實際工業應用中,其利用效率並不高。主要原因是汙染物中存在(zài)一些會(huì)大量消耗O3的(de)其他汙染物,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,O3投加量和去除效果也會受(shòu)到接觸方式(shì)的影響,O3氧化的影響因素主要包(bāo)括以下幾個方麵:
 
  臭氧的投加量和水(shuǐ)溶的臭氧(yǎng)量
 
  O3投加量的多(duō)少直接影響臭氧對COD的去除(chú)效果,一般工業上O3的投加(jiā)與水中COD的(de)去除比例是2——4:1。
 
  水中(zhōng)實際(jì)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,當水中溶解的臭氧濃(nóng)度(dù)低(dī)於某個特定值時,臭氧(yǎng)幾乎對(duì)COD沒有明顯去(qù)除。該閾值根(gēn)據不同水質情況而有一定的變化。
 
  水質影響
 
  水質影響主要是指當存在其他汙(wū)染物,如色度、NO2一N、懸浮固體等,會影響O3的(de)應用(yòng)去除效果。其中工程上對水中SS的考察較多,一般會先(xiān)通過預處理(lǐ)過濾後再進入O3工段。
 
  pH影響
 
  pH對臭氧氧化降解的(de)影響非常大,體係的pH會直接影響以羥基自由基為主的各類自由基的產生。
 
  接觸方式
 
  O3與汙水(shuǐ)的接觸方式(shì)對氧化效果也會產生(shēng)不同的影響。接觸方式目(mù)前主要(yào)有氣體曝氣盤曝氣和射流器方式氣液混合,一般工程經驗(yàn)是臭氧用射流器(qì)的氣液混(hún)合效率較高,但運行費用也會增加。
 
  03臭氧的(de)製備方法
 
  隨著臭氧製備(bèi)技術的發展(zhǎn),臭氧的製備方法(fǎ)也有很多,按其產生方(fāng)式分類主要有電化(huà)學、 原子輻射(shè)、光化學(xué)和電暈放電等幾(jǐ)種。
 
  工業生產中采用的臭氧源(yuán)80%以上都是氣(qì)體電暈放電型的臭(chòu)氧發生器,小型(xíng)臭氧發(fā)生器的氣源(yuán)可以是空氣源也可以是(shì)氧(yǎng)氣源,而大型臭(chòu)氧發生(shēng)器(qì)的氣源一般采用的氧氣源。國外的臭(chòu)氧(yǎng)發生器一(yī)般采用氧氣源。
 
  就國內市場而言,采用氧氣源相比較空(kōng)氣源可以更加節省臭氧的運行費用,但存在液氧儲罐(guàn)維護(hù)的現(xiàn)場問題,所以市場上(shàng)也接受現場製氧機的方法。目(mù)前臭氧(yǎng)製備主流方法有如下三種:
 
  電化學法
 
  作為曆史*悠久的方法之一,電化學法是電解含氧電解質產生O3,其具有一些其他方法(fǎ)沒有的優勢,如電解的O3濃度和純(chún)度較高,目前(qián)適用(yòng)於一些小規模的(de)臭氧應用場景。
 
  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(hé)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(yǐ)下,工業應用經濟價值(zhí)並不高。
 
  此(cǐ)法的優點是聚合的臭氧對環境的濕度和溫度敏感(gǎn)度較低,並具有較好的數(shù)據重複性,而且(qiě)生成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的特定產量和特定濃度。
 
  電暈放電法
 
  電暈放電法是指在高壓交變電場的條件(jiàn)下,使得氧氣產生電暈放(fàng)電,其高(gāo)能自由電(diàn)子使氧分子(zǐ)離解,再通(tōng)過原子間的碰撞反應聚合(hé)成新的臭氧分子。
 
  相比於電化學法和光化學(xué)法,電暈放電法具(jù)有(yǒu)更大的市場應用價(jià)值,目前市售的大中型臭氧發生(shēng)器基本都是(shì)電暈放電法(fǎ),並通過不斷的(de)技術迭代,實現電暈放電(diàn)成本逐漸降低。
 
  04臭氧氧化技術在(zài)廢水處理中的應用
 
  臭氧氧化技術處理印染廢水
 
  由於印染廢水中多含有偶氮染料等成分,所以導致印染廢(fèi)水色(sè)度高並且(qiě)難以生化(huà)處理。
 
  目前較多的是采用絮凝、吸(xī)附等分離方法處理印染廢水,但是一方麵這些方法費用較高,另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(wù),可能存在二次汙染問題。
 
  臭氧氧化法由於其高效性, 適用於處理高色度的廢水,目前以(yǐ)逐漸開始被應用於印染廢水的處理中。
 
  臭氧氧化技術處理垃圾(jī)滲透液
 
  填埋場(chǎng)垃圾滲濾液往往隨著(zhe)填埋場的“年齡(líng)”增長而生化性能不斷(duàn)降低,往往老齡填(tián)埋場的滲濾液(yè)可生化(huà)性較低,不適宜直接生物(wù)處理,通(tōng)常需要先進行物化處理(lǐ)提高(gāo)其可生化性能(néng)再進行生物處理。
 
  另外隨著膜處理(lǐ)係統(tǒng)在滲濾液(yè)中(zhōng)的應用,所(suǒ)產生的膜截留濃縮(suō)滲濾液往往生化性能也非常低,也需要先進行物化處理(lǐ)之後才能進行進一步的生物(wù)處理。所以近些年來臭氧氧化法處理垃圾(jī)滲濾液逐漸成為研究熱點。
 
  臭氧氧化技術處理煤化工廢(fèi)水
 
  煤化工廢水中難降解有機物及色度經二級處理難(nán)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(tí)高出水可生化性,降低色度,且反應迅速,對pH要求不嚴格(gé),出水中(zhōng)臭氧能快速分解,對後續處理設施(shī)影響小。
 
  隨著臭氧製備成本的降低以及臭氧相關(guān)的高級氧化技術的開發,臭氧在煤(méi)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的組合工藝
 
  雙氧水與臭氧(yǎng)聯合氧化工藝(yì)
 
  雙氧水和臭(chòu)氧的聯合使用,屬(shǔ)於高(gāo)級氧化(huà)中(zhōng)的催化氧化工藝。
 
  從反應機理分析,雙氧水和臭氧的聯合使用法屬於堿催化(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性*高(gāo)的物質,可以(yǐ)無選擇性地降解有機物。
 
  由於其氧化過程帶入的物質(zhì)反應分解後為水和氧氣 ,不會引入需要後處理的新雜質,故該法(fǎ)*先被應用在水質要求較高的給水工藝中,而後發展到高濃度工業廢水領(lǐng)域,並已經在美國和(hé)日本有(yǒu)相關應用,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(yǎng)化組合工藝
 
  活性炭與(yǔ)臭氧氧化組合工藝是(shì)利(lì)於(yú)臭氧氧(yǎng)化性與顆粒活性炭吸附法結合的方法(fǎ)。
 
  該方法*早是由德國*先開發的,該工藝(yì)*先用於給水工藝中的殺菌和提高水的淨度,而後發展到汙水處理中的深度處理環節。
 
  該工(gōng)藝的核心是通過臭氧預處理降低廢水中大分(fèn)子有機物的比例,增加活性炭的吸附效能,同時臭氧(yǎng)也可以在活性炭表麵和內部強化其(qí)氧化性,分解吸附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(xī)附再生更新(xīn)速度,降低活性炭所承擔的吸附負荷,增加活性(xìng)炭單次使用時長,降低工程投資和再生費(fèi)用(yòng)。
 
  紫外與(yǔ)臭氧聯合氧化法
 
  紫外與臭氧聯合(hé)氧化法是光催化(huà)氧(yǎng)化(huà)法的一種,它以紫外線為催化(huà)能(néng)源,以臭氧為氧化劑,通過紫外線提高臭氧的(de)氧化效(xiào)能。
 
  由於涉及光催化領(lǐng)域(yù),所以該方法對於廢水處理(lǐ)中水的澄清度有一定(dìng)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(lǜ)。該法已用於處理工業廢水中的氰化絡合(hé)物、高濃度有機物或含其他氯代有機物等汙染物。
 
  曝氣生物濾池與(yǔ)臭氧氧化組合工藝
 
  工業廢水經傳統一級和二(èr)級(jí)處(chù)理後,水(shuǐ)中含有的大部(bù)分可生物降解的有機物已被基本去除,剩餘(yú)的未能被處(chù)理的COD基本都是難(nán)生物降解的頑固性有機(jī)物。
 
  曝氣生物濾(lǜ)池(chí)(BAF)對於汙(wū)染較小的生活汙水、市(shì)政汙(wū)水等效果較好,一般是用作尾(wěi)水深度處理(lǐ)階段。 而對於已經經過生化處(chù)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(guǒ)。
 
  若是直接采用單獨臭氧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,會帶來大量(liàng)的設備投資費用和運(yùn)行成(chéng)本。
 
  一般在工業(yè)上采用二(èr)級生化處理後的廢水,先(xiān)經過臭氧曝氣,將(jiāng)B/C比較低的大部分難降解大分(fèn)子有機物降解為小分(fèn)子物質,提高水體的可生化(huà)性,降低其(qí)有機負荷,然後進人曝氣生物濾池,進一步強化生化達到處理標準(zhǔn),通過兩個單元協同作用,可以降低成本。該工藝方案已在大量應用臭氧(yǎng)的汙水處理廠得到應用(yòng)。
 
  MBR與(yǔ)臭氧氧化組合工藝(yì)
 
  MBR與臭氧組合工藝有兩(liǎng)種組合方式,即臭(chòu)氧在前端(duān)和MBR在(zài)前端兩種。兩種組合工藝的目的性不盡相同。
 
  臭(chòu)氧在前端的工藝主要是(shì)依靠臭氧(yǎng)氧化廢水後可以提高廢(fèi)水中的B/C比,提高可(kě)生化性,對於含有一定量難降解汙染物的降解有(yǒu)一定的效(xiào)果。在臭氧預氧化之後,進入MBR生化處理,使得出水COD降低(dī)。
 
  另一種MBR在前端的(de)工藝,主要是依靠生化法去除掉(diào)大量的COD,利用臭氧的高級(jí)氧化性來進行深度處理,使(shǐ)得出水水質達標排放。
 
  06臭氧氧(yǎng)化工(gōng)藝的缺陷
 
  在臭氧的(de)工業化應用(yòng)項目中,也存在工藝設計和運行管理類的一些問題。
 
  例如臭氧的強氧化性(xìng)會腐蝕與其接觸(chù)的(de)工藝(yì)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(huà)的措施,如(rú)混(hún)凝土結構要做防腐塗層,鋼體要選用316SS以上的材質,襯圈要選擇四氟以上的材質;
 
  臭(chòu)氧氧化反(fǎn)應中會產生(shēng)某些絮狀類懸浮物,在設備停運期間會存在堵塞曝氣係統、管道和(hé)閥門的風險;
 
  部分存在表麵活性劑類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(nán),反應池或反應塔要準備消泡措施,如表麵噴水或機械除(chú)沫;
 
  反應池高度受限時會存在(zài)未反應完全的臭氧(yǎng)隨尾氣排放的現象,應設置尾氣再利(lì)用設備或尾氣破壞設(shè)備,減少臭氧尾氣的外排;
 
  臭氧反應涉及到氣(qì)液相反應,可采(cǎi)用更優化的氣液混合裝置,如加壓塔、射流曝(pù)氣、微孔曝氣等多種方式,增加臭氧溶(róng)解度(dù),提高臭氧反應器大規模使用的適用(yòng)性;
 
  由於臭氧發生器為高耗電量(liàng)設備,部分設備也涉及純氧氣源,運(yùn)行管理中應設(shè)置專有區域,增加(jiā)檢測儀表,杜絕(jué)氧氣泄漏或電路故障對設備運行造成的危險(xiǎn),進行科學的運行管理。
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