1、精選優質文檔-傾情為你奉上1、臭氧簡史（1）1783年M. 范馬倫發現；（十八世紀九十年代）（2）1886年的M. 梅里唐發現臭氧有殺菌性能；（100多年以后）（3）1891年德國的西門子和哈爾斯克用放電原理制成臭氧發生裝置；（5年以后）（4）1908年在法國尼斯分別建造了用臭氧消毒自來水的試驗裝置；（17年以后）（5）50年代氧化法開始用于城市和工業廢水處理；（50年以后）（6）70年代臭氧氧化法和活性炭等處理技術相結合，成為污水高級處理和飲用水除去化學污染物的主要手段之一。（1960年以后）【1785年，德國人在使用電機時，發現在電機放電時產生一種異味。1840年科學家將它確定為臭氧。維基

2、百科】2、臭氧簡介2.1 臭氧的基本概念臭氧（O）是氧氣（O）的。臭氧主要存在于距地球表面2035 km的下部的中。臭氧主要存在于距表面20公里的下部的中，含量約50ppm。它吸收對人體有害的短波，防止其到達地球。在常溫下，它是一種有特殊臭味的淡藍色。易溶于或碳氟化合物。在-112凝結成深藍色的液體，這是有危險性的，因為氣態和液態的臭氧容易發生爆炸。溫度低于-193，臭氧會形成紫黑色固體。它與氧氣不同，帶明顯令人惡心的氣味，但低濃度的臭氧聞起來就像下過雨后出門聞到的“新鮮空氣”的那種氣味，十分怡人圖2-1 臭氧在二氯甲烷中的顏色在常溫常壓下，穩定性較差，在常溫下可自行分解為氧氣，氧氣通過又可變

3、為臭氧。在大氣層中，氧分子因高能量的輻射而分解為氧原子（O），而氧原子與另一氧分子結合，即生成臭氧。臭氧又會與氧原子、氯或其他游離性物質反應而分解消失，由于這種反復不斷的生成和消失，乃能使臭氧含量維持在一定的均衡狀態，而大氣中約有90%的臭氧存在于離地面15到50公里之間的區域，也就是，在平流層的較低層，即離地面20到30公里處，為臭氧濃度最高之區域，是為，臭氧層具有吸收太陽光中大部分的紫外線，以屏蔽地球表面生物，不受紫外線侵害之功能。臭氧具有結構，含有一個3中心4電子，三個氧原子分別位于三角形的三個頂點，頂角為116.79度，密度約為氧氣的1.5倍，其沸點和凝固點均高于氧。圖2-2 臭氧的分

4、子結構臭氧反應活性強，極易分解，很不穩定，在常溫下會逐漸分解為氧氣，其性質比氧活潑，比重為一般空氣之1.7倍。臭氧會因光、熱、水份、金屬、金屬氧化物以及其他的觸媒而加速分解為氧。有很強的氧化性，在常溫下可將氧化成，將氧化成。臭氧可使許多，對和破壞性很大，很容易氧化。臭氧在冰中極為穩定，其為2000年。臭氧分子的：臭氧分子呈彎曲形對稱結構。中心原子采取sp²(混成)，兩個雜化軌道與其他兩個氧原子形成兩根，另一雜化軌道容納，除此之外，互相平行的2pz軌道重疊形成三中心四電子的。2.2 臭氧的人工制造自然界的臭氧主要是由氧分子因高能量的輻射而分解為氧原子（O），而氧原子與另一氧分子結合，即

5、生成臭氧。工業上，用干燥的空氣或氧氣，采用525 kv的交流電壓進行無聲放電制取，用空氣做氧源時會衍生出大量氮氧化合氣體。目前最先進的臭氧制備方法為高能量紫外線光解空氣而對應生成純凈的臭氧。另外，在低溫下電解稀硫酸，或將液體氧氣加熱都可制得臭氧。大自然很容易產生臭氧，在打雷閃電時會產生幾十萬伏的高壓電，電離空氣及有機物形成臭氧。工業上常用來制造臭氧的設備（裝置）為臭氧發生器。臭氧易于分解無法儲存，需現場制取現場使用（特殊的情況下可進行短時間的儲存），所以凡是能用到臭氧的場所均需使用臭氧發生器。臭氧發生器產生的臭氧氣體可以直接利用，也可以通過混合裝置和液體混合參與反應。按臭氧產生的方式劃分，臭氧

6、發生器主要有三種：高壓放電式、紫外線照射式、電解式。高壓放電式發生器 該類臭氧發生器是使用一定頻率的高壓電流制造高壓電暈電場，使電場內或電場周圍的氧分子發生電化學反應，從而制造臭氧。這種臭氧發生器具有技術成熟、工作穩定、使用壽命長、臭氧產量大（單機可達1Kg/h）等優點，所以是國內外相關行業使用最廣泛的臭氧發生器。按使用的氣體原料劃分，有氧氣型和空氣型兩種。氧氣型通常是由氧氣瓶或制氧機供應氧氣。空氣型通常是使用潔凈干燥的壓縮空氣作為原料。由于臭氧是靠氧氣來產生的，而空氣中氧氣的含量只有21%，所以空氣型發生器產生的臭氧濃度相對較低，而瓶裝或制氧機的氧氣純度都在90%以上，所以氧氣型發生器的臭氧

7、濃度較高。臭氧為混合氣體其濃度通常按質量比和體積比來表示。質量比是指單位體積內混合氣體中含有多少質量的臭氧，常用單位mg/L、mg/m3或g/m3等表示。體積比是指單位體積內臭氧所占的體積含量或百分比含量，使用百分比表示如2%、5%、12%等。臭氧濃度是衡量臭氧發生器技術含量和性能的重要指標。同等的工況條件下臭氧輸出濃度越高其品質度就越高。臭氧產量是指臭氧發生器單位時間內臭氧的產出量；臭氧濃度數值與進入臭氧發生器總氣量數值的乘積即為臭氧產量；小型臭氧發生器使用g/h為單位，大型臭氧發生器使用kg/h為單位區分規格的大小。用于水處理時必須選購高濃度臭氧發生器（臭氧濃度大于12mg/L），低濃度臭

8、氧處理水是無效的。高濃度臭氧發生器為標準配置含氣源及氣源處理裝置和臭氧發生裝置。小型的可設計成一體式機型產量在5-200g/h間，大中型臭氧發生器基本以機組形式存在。2.3 臭氧的用途和危害臭氧能于短時間內將空氣中的浮游細菌消滅，并能中和、分解毒氣，去除惡臭。因此臭氧可用于凈化空氣、飲用水，殺菌，處理工業廢物和作為漂白劑。在一些游泳池以臭氧取代氯做為消毒用途。 臭氧的滅菌原理：滅菌過程屬生物化學氧化反應。臭氧是一種強氧化劑，能對細菌的細胞體直接氧化，即破壞其DNA而達到抑制的效果，對病毒的RNA亦有破壞作用；對各種毒素具有一定的氧化作用，降低其毒性。臭氧能氧化分解細菌內部葡萄糖所需的酶，使細菌

9、滅活死亡。2.直接與細菌、病毒作用，破壞它們的細胞器和DNA、RNA，使細菌的新陳代謝受到破壞，導致細菌死亡。3.透過細胞膜組織，侵入細胞內，作用于外膜的脂蛋白和內部的脂多糖，使細菌發生通透性畸變而溶解死亡。殺菌徹底，無殘留，O3是一種無污染的消毒劑。O3為氣體，能迅速彌漫到整個滅菌空間，滅菌不留死角，殺菌更徹底。3、臭氧在水處理領域的應用3.1 給水自來水處理、飲用水消毒、飲料消毒、游泳池水消毒。（1）水應用中臭氧溶解度在0.1mg/L10 mg/L之間。低值作為水消毒凈化要求的最低濃度，高值作為“消毒劑” 可達到的濃度值。（2）自來水臭氧凈化，國際常規標準為0.4 mg/L的溶解度值，保持

10、4分鐘，即CT值為1.6。（3）水中余臭氧濃度保持在0.10.5mg/L作用510 min可達消毒目的。（4）臭氧水消毒滅菌是急速的，消毒作用在瞬間發生。清水中臭氧濃度一旦達到，在0.51分鐘內就殺死細菌，在濃度達4 mg/L， 1分鐘內乙肝病毒滅活率為100%。（5）Herbold報道：20條件下，水中臭氧濃度達0.43 mg/L時，可將大腸桿菌100%殺滅，10時僅需0.36 mg/L即可全部殺滅。（6）臭氧濃度為0.2538 mg/L時，僅需幾秒或幾分鐘完全滅活（HAV）。（7）礦泉水中臭氧在0.40.5 mg/L時，即可滿足殺菌保質要求。合理的臭氧投放量為1.52.0 mg/L。（8）

11、瓶裝水處理應達0.30.5 mg/L的臭氧溶解度值，要求投加臭氧應滿足1 m³水2 g O的發生量。根據實踐經驗，臭氧發生濃度高于8 mg/L時容易達到濃度。3.2 排水污染治理臭氧作為預氧化，可將有機物氧化成小分子或者CO2，降低COD，使其可以進行后續處理。臭氧可單獨處理，也可與其他工藝聯合。（1）臭氧-吸附（2）臭氧- 混凝處理工藝 臭氧作為一種強氧化劑,它能氧化水中諸多有機物和無機物傅金祥等通過靜態實驗對臭氧預氧化與混凝聯用工藝處理微污染水做了較系統的研究。研究表明，臭氧預處理和混凝沉淀常規處理結合會大大改善出水水質。另外，根據國內外的一些研究，臭氧還可以有效提高混凝劑對造紙

12、黑液、城市生活污水等多種廢水的絮凝效果。周濤等的實驗研究表明，在混凝處理前先進行臭氧預氧化，廢水COD的去除率提高了將近50%，而混凝劑的投加量可節省近2/3。（3）臭氧-生化工藝a）臭氧-生物活性炭工藝臭氧生物活性炭工藝(O3-BAC)是將臭氧化學氧化和活性炭物理、化學吸附以及生物氧化降解技術合為一體的工藝。該工藝具有處理費用低、有機物去除效率高、效果穩定等特點。原水經過臭氧氧化，可以將大分子有機物分解成小分子有機物，提高有機物的可生化性并提供充足的氧氣，從而使這些有機物更易被活性炭吸附，被吸附的有機物又為維持炭床中微生物的生命活動提供了營養；同時，由于供氧充分，好氧微生物在活性炭表面上繁殖

13、生長成生物膜，來降解吸附的小分子有機物。這就使得炭床上活性炭吸附和微生物降解同時進行，從而大大延長了活性炭的工作周期和效率；另外,由于炭粒相對密度小，在水、氣同相流動的作用下處于微動狀態，提供了臭氧進入炭空隙中與已吸附有機物的相遇機會。BAC法中活性炭的周期一般可以延長到二三年以上。秦慶東等利用臭氧預氧化強化生物炭濾池處理微污染的原水，實驗表明，該組合工藝能有效發揮臭氧和活性炭的協同作用,有效去除濁度和色度；并且對于CODMn、氨氮和亞硝態氮的去除也十分有效，對其去除率比在相同條件下的高錳酸鉀/生物濾池工藝分別提高了13.2%、15.3%和6.4%。胡志光等的研究表明，預臭氧化可增加水中的溶解

14、氧含量，從而促使生物活性炭的硝化菌非常活躍，能夠有效去除氨氮，同時O3 - BAC對錳的去除率非常高，而且穩定，采用不同的臭氧投加量，對錳的去除率始終保持在95%以上。b）臭氧- 曝氣生物濾池工藝曝氣生物濾池是20世紀80年代末在歐美發展起來的一種新型污水處理技術，其占地面積小、出水水質好、產污泥量少,并且具有模塊化結構、自動化操作性強等特點，近年來成為研究熱點。生活污水經二級生化處理以后，有機物負荷通常較低,水中殘留的有機物大多是難生物降解的有機物，臭氧預氧化可以有效地將大分子有機物轉化為分子質量較小的有機物，提高二級處理出水中有機物的可生化性,通過臭氧預氧化和曝氣生物濾池的組合工藝(O3-

15、BAF)就可大大提高污水深度處理的效率。王樹濤等人應用臭氧預氧化/曝氣生物濾池處理哈爾濱某污水廠生化處理后的二級出水，實驗表明：O3-BAF工藝對污水的UV254和色度的去除有很大改善，同時對于提高二級出水的可生化性有突出貢獻。汪曉軍等采用臭氧氧化-曝氣生物濾池處理染料廢水，實驗對臭氧預氧化后的出水可生化性的改變進行了研究。實驗結果顯示,廢水經臭氧氧化處理后色度顯著降低，BOD/COD值由0.3增大到0.6。由此可見，O3-BAF工藝在廢水的除色、提高廢水可生化性方面效果顯著。（3）O3-超聲波技術超聲波能有效地降解廢水中的難降解有機污染物，將超聲波與臭氧進行聯合使用，可以提高降解有機物的效率

16、，降低運行成本。國內學者趙朝成等使用O3 - 超聲波聯合處理含酚廢水，研究表明，超聲輻射在臭氧氧化過程中起加速反應作用,效果明顯好于超聲或臭氧單獨使用時的效果，而且隨著超聲功率的增大，加速反應的能力增強；隨著臭氧通入量的增大，酚去除率不斷增大。近年來，大量研究表明，超聲能極大提高臭氧利用率。超聲輻照與臭氧相結合產生的超聲強化臭氧氧化技術與單純臭氧氧化相比，在處理染料廢水時表現出明顯的優勢。超聲強化臭氧氧化偶氮染料的速度更快，染料分解得更徹底。在降解過程中，O3與超聲之間有協同效應，由此產生大量強氧化性自由基，使染料廢水顏色迅速消失。（4）O3-微電解處理技術微電解技術又稱為內電解，以其理論成熟

17、、處理效果顯著、投資少、運行費用低、實用性強而被廣泛地應用于生物難降解廢水的處理；而臭氧氧化技術又以其強氧化性和反應后無二次污染等顯著優點在現代工業中得到廣泛的應用。在實際實驗過程中由于內電解過程產生了大量的Fe2+、Fe3+與臭氧氧化過程中產生的羥基自由基(HO·)和O組成了另外一種優良的廢水處理試劑Fenton試劑。該技術集電化學腐蝕、化學氧化、催化氧化、絮凝吸附、絡合等聯合協同作用于一體，實驗表明以其作為黃姜皂素廢水的預處理方法，可降低后續生化法的處理負荷，使“厭氧+好氧”處理工藝能順利進行。顏海波等采用電解和臭氧聯合預氧化技術處理染料廢水取得較好的處理效果。CODCr、SS和

18、色度的平均去除率分別為91. 7%、89. 8%、99. 9%，出水水質符合GB8978 - 1996污水臭氧預 綜合排放標準中的一級標準。（5）催化臭氧技術催化氧化技術是近年來發展起來的一種在常溫常壓下將那些難于用臭氧單獨氧化或降解有機物氧化的方法。在以提高·OH生成量和生成速度為主要研究內容的基礎上，催化臭氧技術得到了長足的發展，如光催化臭氧化、堿催化臭氧化和多相催化臭氧化等。光催化臭氧化是以紫外線UV為能源、O3 為氧化劑，利用臭氧在紫外線照射下分解產生活潑的次生氧化劑氧化有機物。利用光催化氧化法處理難降解有機廢水時，部分難降解有機物在紫外線的照射下，提高了能級，處于激發狀態,

19、與·OH自由基發生羥基化或羧基化反應，從而改變這些物質的分子結構，生成易于生物降解的新物質。（6）O3-H2O2氧化技術3.3 臭氧在廢水治理領域的應用除臭、脫色、殺菌、降解、氧化（1）醫藥、農藥廢水的處理大多數醫藥廢水COD較高、可生化性差,單純靠物理化學方法處理成本高不經濟，普通的生化處理又根本行不通,所以可以先用臭氧預處理，主要是為了提高廢水的可生化性，為后續生物處理降低難度,同時降低COD。李發站等10對某醫藥化工廠排放的醫藥廢水通過臭氧/UASB/接觸氧化聯合作用進行處理，廢水原水質：COD為14 00015 000 mg·L-1， BOD5檢測不到，經過5 mi

20、n臭氧氧化，COD去除率達40%左右，經預處理后廢水的(BOD5)/(COD) 0.3,可生化性得到明顯改善。有機農藥廢水COD高可生化性差,無法直接利用傳統的生物法工藝進行處理。化學結構穩定是其有機物難降解的主要原因，也是目前農藥廢水處理的技術難點。如果能夠采取有效的預處理措施解決這些問題，就可實現農藥廢水可生化條件,其處理問題即可迎刃而解。一般的物理、化學廢水預處理方法只能去除農藥廢水中的不溶顆粒物，水解酸化等生物預處理方法由于農藥廢水毒性也很難奏效。臭氧預氧化技術是目前可以有效解決廢水不可生化性及毒性的技術。夏曉武采用臭氧預處理農藥廢水，COD的平均去除率達到95%以上。（2）印染廢水的

21、處理由于印染廢水污染物成分復雜，色度、COD 和BOD均較高，是比較難處理的工業廢水之一。印染廢水發色主要是由于廢水中的有機污染物含有發色基團，如偶氮基、羧基、乙烯基、硝基、氧化偶氮基等，這些基團中均含有不飽和鍵。臭氧可將不飽和鍵斷開，使其氧化成分子質量較小的有機酸、醛類，從而使之失去發色能力。所以利用臭氧分子反應選擇性強,能與含雙鍵的染料直接發生加成反應，使染料開環脫色，可以有效去除色度并提高廢水的可生化性。李兵宇采用生化和O3/UV 氧化組合的方法處理印染廢水，進水色度210倍，處理后色度0 倍。可見臭氧預氧化對UV254和色度的去除起主導作用。（3）垃圾滲濾液的處理垃圾滲濾液是液體在垃圾

22、填埋場重力作用下的流動產物,主要來源于降水和垃圾本身的內含水。垃圾滲濾液是一種污染性極強的高污染物含量有機廢水，并且垃圾滲濾液對周邊環境、填埋場土層及地下水都會造成極大的污染。隨著人口密度不斷增大,城市化進程加快，垃圾滲濾液已成為亟待解決的問題。馮旭東等人采用生物-臭氧氧化技術對垃圾滲濾液進行處理研究，實驗表明，經臭氧氧化后,可以有效降低垃圾滲濾液生物處理出水的CODCr值；垃圾滲濾液生物處理出水臭氧氧化后，其生物降解性增強;結合處理的經濟性，采用生物-臭氧的聯合技術處理垃圾滲濾液是切實可行的。傅平青等人用混凝-臭氧氧化預處理垃圾滲濾液,研究結果表明，經過該處理工藝,垃圾滲濾液CODCr去除率達70.6%。3.4 臭氧氧化目前在應用階段存在的問題 (1) 目前臭氧氧化技術雖然在廢水處理方面受到廣泛關注，但是對于臭氧與水中污染物質的復雜反應機理尚沒有明確的定論。如果要進一步應用臭氧預氧化技術，就必須在理論上有所突破。(2)