4000字幹貨,徹底搞懂臭氧在廢水中的應用!
來源:科柏(bǎi)盛環保 發布(bù)時間:2021-08-05
提(tí)起臭氧(O3),大(dà)家都(dōu)知道,這是廣泛存在於自然界(jiè)大氣層中的氧氣的同素異形體,在大氣中保護著我們不受紫外線的侵害。
而水友們接觸臭氧更多怕(pà)是在環保領域,畢竟這是一種性能極其優越的氧化劑,可以對水體中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理(lǐ)從而達(dá)到排放標準。
那麽,臭氧氧(yǎng)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(yī)起來了解(jiě)一下——
文章主要分為6個部分,大(dà)家可以按需閱讀:
臭氧高(gāo)級氧化技術(shù)原理
臭(chòu)氧氧化法的影響因素
臭氧的製(zhì)備方(fāng)法
臭氧氧化技術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藝
臭氧氧化工藝的缺陷
01臭氧高級(jí)氧化技術原理
在廢水處理中,O3和汙(wū)染物之(zhī)間的氧化方式主要有兩種方式:直(zhí)接氧(yǎng)化和間(jiān)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(huà)就是(shì)通過一些(xiē)技術手段使得O3分解並生成羥基自由基,再與有(yǒu)機物進行氧化反應。
在直接氧化中,O3分子和汙染(rǎn)物之間是選擇性反應,且氧化後總有機碳含(hán)量下(xià)降不明顯,主(zhǔ)要是為了將大分子有(yǒu)機物轉(zhuǎn)化成小分子有機物,整體的氧化程度不高,這些被打碎成小分(fèn)子的有機(jī)物(wù)通常具有較高可生化性,在工業應用中也有將O3用作工(gōng)業廢水預處理(lǐ)環節增加廢水 B/C 比的(de)應用場景。
在間(jiān)接氧化中,產生的 · OH 屬於高級氧化中*佳的氧化劑,可以快速氧化甚至礦化水中的有機物,迅速降低水中中有機碳含量,氧化過程不具有選擇性(xìng),對於廣泛的難降解(jiě)有機物有良好的氧化作用(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(kě)以迅速使蛋白質失活,起到殺菌除菌的效果。在工業上(shàng)也有利用臭氧進行脫硫、脫硝及除臭,其本質也是利(lì)用O3的氧化性質。
02臭氧氧化法的影響因素
O3對COD的去除效果很好,但在實際工業應用(yòng)中,其利用效率並不高。主要原因是汙染物中存在一些會大量消耗O3的其他汙染物,如色度、懸(xuán)浮物等,使得投放的(de)O3數量和時間(jiān)都大大延長。
同時,O3投加量(liàng)和去除效果也會受(shòu)到接觸方(fāng)式的影響,O3氧(yǎng)化的影響因素主要包括(kuò)以下幾個方麵:
臭氧的投加(jiā)量和水溶的臭氧量
O3投加(jiā)量的多少直接影響(xiǎng)臭氧(yǎng)對COD的去除效(xiào)果,一(yī)般工業上O3的投加與水中COD的去除比例是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(yǎng)化閾值,當水中溶解的(de)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(gāi)閾值根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染物,如色度、NO2一N、懸浮固體(tǐ)等,會影響O3的應用去除效果。其中工程上對水中SS的(de)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對臭氧氧(yǎng)化降解(jiě)的影響非常大,體係的pH會直接影響以羥基自(zì)由基為主的(de)各類(lèi)自(zì)由基的產生。
接觸(chù)方式
O3與汙水的接觸方式對(duì)氧化效果也會產生不同的影響。接觸方式目前(qián)主要有氣(qì)體曝氣盤曝氣和射流器方式氣液混合,一般工程經驗是(shì)臭氧(yǎng)用(yòng)射流(liú)器(qì)的氣液混合效率較高,但運行費用也會增加(jiā)。
03臭氧的製備方法
隨著臭氧(yǎng)製(zhì)備技術的(de)發展,臭氧的製備方法(fǎ)也有很多,按其產(chǎn)生方式(shì)分類主要有電化學、 原子輻射、光化學(xué)和電暈放電等幾種。
工業生產中采用的臭氧源80%以上都是氣體電暈放電型的臭氧發生器,小型臭氧發生器的氣源可以(yǐ)是空氣源也可以是(shì)氧氣源,而大型(xíng)臭氧發生(shēng)器的氣源(yuán)一般(bān)采用的氧(yǎng)氣源。國外的臭氧發生器一般(bān)采用氧氣源(yuán)。
就國內市(shì)場而言,采用氧氣(qì)源相比較空氣源可以更加(jiā)節(jiē)省臭氧的運行費用,但存在液氧(yǎng)儲罐維護的現場問題,所以市場上也接受現場製氧機的方法。目前臭氧製備主流方法有如下三種:
電化學法
作為(wéi)曆史*悠久的方法之一,電化學法是電解含氧(yǎng)電解質產生O3,其具有一些其他方(fāng)法沒有的(de)優勢,如電解的(de)O3濃度和純度較高,目前適用於一些小規模的臭氧應用場景。
光化學(xué)法
光化(huà)學法通過光源中的高能紫(zǐ)外線分離氧氣產生氧原子,並(bìng)和另一分子氧聚(jù)合反應生成O3。在(zài)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(jīng)濟價(jià)值並不高。
此法的優點(diǎn)是聚合的臭氧對環境的濕度和溫度敏感度較低,並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(xìng)相關,故可以通過調(diào)整(zhěng)光源的(de)功率(lǜ),來(lái)控製O3的特定產量(liàng)和特定(dìng)濃度(dù)。
電暈放(fàng)電法
電暈放電法是指在(zài)高(gāo)壓交變電場的條件下,使得氧氣產(chǎn)生電暈放電,其高能自由電子使氧分(fèn)子離解(jiě),再通過原子間的碰撞反應聚(jù)合成新的臭氧分子。
相比於電化學法和光化學法,電暈(yūn)放電法具有更大的市場應用價值,目前市售的大(dà)中型臭氧發生(shēng)器基本都是電暈放電法,並通過不斷的技(jì)術(shù)迭代,實現電暈放電成本逐漸(jiàn)降低。
04臭(chòu)氧氧化技術在廢水處理中的(de)應用
臭氧氧化技術處理印染廢水(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(shēng)化處理(lǐ)。
目前較多的是(shì)采用絮凝、吸附等分(fèn)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(méi)有(yǒu)徹底降解去除(chú)廢水中的偶氮染料等汙染物,可能(néng)存在二次汙染問題。
臭氧氧化法由於其高效(xiào)性, 適用於處理高色度的(de)廢水,目前以逐漸開(kāi)始(shǐ)被(bèi)應用於印(yìn)染廢水的處理中。
臭(chòu)氧(yǎng)氧化技術處理垃圾滲透液
填埋場垃圾滲濾(lǜ)液往往隨著填埋場的“年齡”增長而生化性能不斷降(jiàng)低,往往老齡填埋(mái)場的滲(shèn)濾液可生(shēng)化性較低,不適宜直接生物處理,通常需要先進(jìn)行物(wù)化處理提高其可生化性能再進行生物(wù)處理。
另外隨著膜處理係統在滲濾液中的應用,所產(chǎn)生的膜(mó)截留濃縮滲濾(lǜ)液往往生化性能也(yě)非常低,也(yě)需要先進行物化處理之後才能進行進一步的生物(wù)處理。所以近些(xiē)年來臭氧氧化法處理垃(lā)圾滲濾液逐漸成為研究熱點。
臭氧氧化技術處(chù)理煤化工廢(fèi)水
煤化工廢水中難降解有機物(wù)及色度經二(èr)級處理難以去除(chú),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(chū)水可生化性,降低色度,且反應(yīng)迅速,對pH要求不嚴格,出水中(zhōng)臭氧能快速分解,對後續處理設施影響小。
隨著臭氧製(zhì)備成本的降低以及臭氧相關的高級氧化技術的開(kāi)發,臭氧在煤化工(gōng)廢水(shuǐ)深(shēn)度處理中有廣闊(kuò)的應(yīng)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
雙氧水和(hé)臭氧的聯合使用,屬於高級氧化中的催化氧化工藝。
從反應機理分(fèn)析,雙氧水和臭氧的聯合(hé)使(shǐ)用法屬於堿催化臭氧氧化,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,其被認為是高級氧化中氧化(huà)性*高(gāo)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(wù)質(zhì)反應分解後為(wéi)水和氧氣(qì) ,不會(huì)引(yǐn)入需要後(hòu)處理的新雜質,故該法(fǎ)*先被應用在水質要求較高的給水(shuǐ)工藝(yì)中,而後發展到高濃度工業廢水領域,並已經(jīng)在美國和日本有相關應用,國內也(yě)有高濃度廢水(shuǐ)處理工藝中選擇該(gāi)工藝。
活性炭法(fǎ)與臭氧氧(yǎng)化組合(hé)工藝
活性(xìng)炭與臭氧氧化組合工藝是利於臭(chòu)氧(yǎng)氧化性與顆粒活性炭吸附法結合的方法。
該方法*早是由(yóu)德國*先開(kāi)發的,該工(gōng)藝*先用(yòng)於給水工(gōng)藝中的(de)殺菌和提(tí)高水的(de)淨度,而後發展到汙水處(chù)理中的深度(dù)處理環(huán)節。
該工藝的核心是(shì)通過臭氧預處理降低廢水中大分子有機物的比例,增加活性炭的吸(xī)附效能,同時臭氧也可以在活性炭表麵和內部強化其氧(yǎng)化性,分(fèn)解吸附在(zài)活(huó)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再生更新速度,降(jiàng)低活性炭所承擔的吸附負荷,增加活性炭單次使用時長(zhǎng),降低工(gōng)程投資和再生費用。
紫(zǐ)外與臭氧聯合氧(yǎng)化法
紫外與臭氧聯合氧化法是光催化(huà)氧化法的一種,它以紫(zǐ)外線為催化(huà)能源,以臭氧為氧化劑,通過紫(zǐ)外線提高臭氧的(de)氧化(huà)效能。
由於涉及光催化領域,所以該方法對於廢水(shuǐ)處(chù)理中水的澄清度有一定的要求,如果(guǒ)水中SS含(hán)量過(guò)高,會降低臭(chòu)氧紫外聯用的處理效率。該法已用於處理工業廢水中的氰化絡合物、高濃度有機物或含其他氯代有機物等汙染物。
曝氣生物濾池與臭氧氧(yǎng)化組合工藝
工業廢(fèi)水經傳統一級和二級處理後(hòu),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基本都是難生物降解的頑固性有機物。
曝(pù)氣生物(wù)濾池(BAF)對(duì)於汙染較小的(de)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(chù)理的難降解有(yǒu)機物,BAF單獨作用效果很差,隻存在部(bù)分吸附效果。
若是直(zhí)接采用單(dān)獨臭氧氧化將這部(bù)分難降解有機物氧化分解去(qù)除,其所需的臭氧量很大,會帶來大量的(de)設備(bèi)投資費用和運行成本。
一般在(zài)工(gōng)業上采用二級生化處理後的廢水,先經過(guò)臭氧曝(pù)氣,將B/C比較低的(de)大部分難降解大(dà)分子有機物降解為小分子物質,提高水體的可生化性,降低(dī)其有機負荷,然後進人曝氣生物濾池,進一步強化生化達到處理標準,通過兩個單(dān)元協同作用,可以降低成本。該工藝方案已在大量應用臭氧的汙水處理廠得到(dào)應用。
MBR與臭氧氧化(huà)組合工(gōng)藝
MBR與臭氧組合工藝有兩種組合方式,即臭氧在前端和MBR在前(qián)端兩種(zhǒng)。兩種組合工藝的目的性不盡相同。
臭氧(yǎng)在前端的工藝主要是依靠臭氧氧化廢水後可以提高廢水中的B/C比,提高可生化(huà)性,對於含(hán)有一定量難降解汙染物的降解有一定的效果(guǒ)。在臭氧預氧化之後,進入MBR生化(huà)處理,使得(dé)出水COD降(jiàng)低。
另一種MBR在前端的工藝,主要是依靠生化法去除掉大量的COD,利用臭氧的(de)高級(jí)氧化性來進行(háng)深度處(chù)理,使得出水水質達標排放(fàng)。
06臭氧氧化(huà)工藝的缺陷
在臭氧的工業化應用項目中,也存(cún)在工藝設計和運行管理(lǐ)類的一些問題。
例如臭氧的強氧化性會腐蝕與其(qí)接觸的工(gōng)藝(yì)設備(bèi),所有接觸(chù)到臭氧的環節都(dōu)要充分考慮(lǜ)其防腐(fǔ)防(fáng)腐(fǔ)蝕氧化的措施,如混凝土結構(gòu)要(yào)做防腐塗層,鋼體要選用316SS以上的材質,襯圈要選(xuǎn)擇四氟以上的材質;
臭氧氧化反應中會產生某些絮狀(zhuàng)類懸浮物,在設備(bèi)停運期間(jiān)會存在堵塞曝氣(qì)係(xì)統、管道(dào)和閥門的風險;
部分存在表麵活性劑類的廢水在經過臭氧(yǎng)曝氣池或反應塔(tǎ)時會(huì)由於表麵張(zhāng)力產生大量的泡沫,給運行帶來困(kùn)難,反應池或反應塔要準(zhǔn)備消泡措施,如表麵噴水或機械除沫;
反應池高度受限時會存在未反(fǎn)應完全(quán)的臭(chòu)氧隨尾氣排放的現象,應設置尾(wěi)氣再利用設備或尾氣破壞設備,減少臭氧尾氣的外(wài)排;
臭氧反應涉及到氣液相反應,可(kě)采用更優化的(de)氣液混合裝置,如加壓塔、射流曝氣、微孔曝(pù)氣等多種方式,增加臭氧溶解度,提高臭氧反應器大(dà)規模使用的適用性;
由於臭氧發生器為(wéi)高耗電量設備,部分設備也涉及純氧氣源,運行管(guǎn)理中應設置專有區域,增加檢測儀表,杜絕氧氣泄漏(lòu)或電路故障(zhàng)對設備運行造成(chéng)的危險,進行科學的運行管理。