臭氧组合工艺在水处理中的应用

臭氧组合工艺在水处理中的应用（精选7篇）

臭氧组合工艺在水处理中的应用 篇1

臭氧组合工艺在水处理中的应用

摘要：在废水生化处理前进行臭氧预氧化,可以极大提高COD的去除率,降低UV254和色度,同时提高废水的可生化性,并且在使用和处理过程中的产物对环境污染很小,是一种极为有效的.预处理方法.文章结合臭氧的性能特点,综述了臭氧预氧化组合工艺在水处理中的研究进展,总结了在应用方面存在的问题,并展望了臭氧预处理的研究方向.作 者：于衍真 谭娟 冯岩 YU Yan-zhen TAN Juan FENG Yan 作者单位：济南大学,土木建筑学院,济南,250022期 刊：工业用水与废水 ISTIC Journal：INDUSTRIAL WATER & WASTEWATER年，卷(期)：,39(3)分类号：X703.1关键词：臭氧预氧化 水处理 可生化性

臭氧组合工艺在水处理中的应用 篇2

1 臭氧的性质、功能

臭氧的英文名字叫Ozone,分子式O3,分子量48,是氧气(O2)的同素异形体,由三个氧原子组成,常温下臭氧是淡蓝色,草腥味气体。标准状态下,臭氧密度ρ=2.144 g/L,空气ρ=1.293 g/L。臭氧在水中的溶解度大约是氧气的10~15倍,在水中稳定性较差。臭氧在水中的溶解度受温度、臭氧浓度影响很大。表1是臭氧在水中的溶解度。

注:20℃时,101 k Pa条件下测定[1]。

臭氧易分解,不稳定状态下在空气中臭氧的半衰期为22.5 min,1 h的衰退率为61%,空气型臭氧在水温25℃时其溶解度只有3~7 mg/L,纯臭氧在水中的溶解度可达1372 mg/L,在1%的臭氧水溶液中半衰期约为16 min,且温度越高,湿度越大,半衰期越短。

臭氧具有光谱、高效强氧化性,有四大功用:灭菌、氧化、脱色、除味,且无残留物。

国际卫生组织对其灭菌功效曾归纳比较,臭氧与其它杀菌剂对大肠杆菌的杀灭效果依次为:臭氧(O3)>次氯酸(HCl O)>二氧化氯(Cl O2)>银离子(Ag+)>次氯酸根(Cl O-)>高铁酸盐(Fe3+)>氯胺(NHCl3)。

臭氧具有很强的氧化性,除了金和铂外,臭氧化空气几乎对所有的金属都有腐蚀作用。铝、锌、铅与臭氧接触会被强烈氧化,但铬铁合金(不锈钢)基本上不受臭氧腐蚀。

2 臭氧氧化机理

臭氧的净水机理目前尚无确定的结论,普遍认为是臭氧离解而产生·OH自由基。它是在水中已知的氧化剂中最活泼的氧化剂,很容易将各种类型的有机物氧化[2]。但是臭氧的化学性质极不稳定,在空气和水中都会慢慢分解成氧气,尤其是在非纯水中,分解速度以分钟计算[3]。因此,这就促使人们寻找其它的降解技术与其结合使用,以提高·OH生成量和生成速度。

2.1 光催化臭氧氧化

光催化臭氧氧化是以紫外线UV为能源、O3为氧化剂,利用臭氧在紫外线照射下分解产生活泼的次生氧化剂氧化有机物。PEYTON等研究了光催化臭氧化机理[4],认为O3分解先产生H2O2,H2O2在紫外线照射下又产生了·OH,进入·OH自由基反应循环。开始时H2O2的分解是产生·OH的主要来源,随后有机物参与·OH的循环反应。·OH主要由以下反应产生:

利用光催化氧化法处理难降解有机废水时,部分难降解有机物在紫外线的照射下,提高了能级,处于激发状态,与·OH自由基发生羟基化或羧基化反应,从而改变这些物质的分子结构,生成易于生物降解的新物质[5]。

自1972年,A.Fujishima等开始研究光催化氧化以来,一些科学工作者对以二氧化钛为代表的固体氧化物光催化作用进行了很多研究。

胡军等[6,7,8]研究了光催化一臭氧联用技术对苯胺、溴铵酸、对硝基苯废水的处理效果。结果表明,光催化一臭氧联用处理这些废水具有一定的协同效应,臭氧捕获了光催化过程中产生的电子。生成更多的HO·。与单独光催化和臭氧相比COD去除率大大提高。p H对光催化一臭氧联用处理废水的影响不大,而且COD去除率都能达到90%以上,说明此技术适用p H范围广。

S.Tong等[9]用O3/UV、O3/TiO2/UV、O3/V-O/TiO2去除水杨酸中COD,结果表明,O3/V-O/TiO2效果最好(V=钒),在pH为6.8的缓冲溶液中,O3/V-O/TiO2法去除COD达到70%,而其余两种为47%和55%。

2.2 碱催化臭氧氧化

碱催化臭氧氧化是通过OH-催化,生成·OH自由基,然后氧化分解有机物。·OH产生过程如下:

2.3 金属催化臭氧氧化

通过一定方式制备的金属催化剂能够促使水中臭氧分解,产生具有极强氧化性的自由基。从而显著提高其对水中高稳定性有机物的分解效果。许多金属离子可用于催化臭氧氧化过程中,如钛、铜、锌、铁、镍、锰等,在所有过渡金属氧化物中,Mn O2表现出最好的催化臭氧化活性。可有效催化降解的有机物种类最多。

尹琳等[10]以凹凸棒石为载体加载钛氧化物制成可重复使用的固体催化剂。对人工模拟染料废水进行复合催化氧化处理,取得了较好的效果。在p H为11,m(TiO2)∶m(凹凸棒石)=1∶20的条件下,处理初始质量浓度为400 mg/L的人工合成染料废水。Ti-凹凸棒石催化剂可使臭氧氧化效率(以COD去除率计)由21.5%提高到73.8%。

皮运正等[11]以乙二酸为实验对象。研究了CuO/Al2O3和Cu(Ⅱ)对臭氧的催化作用。实验结果表明,在低pH条件下,CuO/Al2O3有较强的催化臭氧氧化能力,当pH=3.3,有20 g/L的CuO/Al2O3催化剂存在时,乙二酸的去除率达到63%,提高约15%。而在pH=7.5条件下,Cu(Ⅱ)对乙二酸的催化臭氧氧化能力更强,当乙二酸溶液中投加2 mg/L的CuNO3)2,每克DOC所投加的O3量为1.9 g时,乙二酸的去除率从54%提高到约90%,提高了36%。

张涛等[12]以实验室制备的水合氧化铁为催化剂对水中痕量难氧化有机物硝基苯进行催化臭氧氧化,实验以蒸馏水为本底。反应20 min时催化臭氧氧化硝基苯的去除率为66%,比单独臭氧氧化高出44.8%。

3 臭氧联合技术

由于臭氧的强选择性及分解有机物的不彻底性,以及自身易与其它技术相联合的特点,使其逐渐山单独使用发展到与其它废水处理技术联合使用。

臭氧联合技术比较多,一般可分为以下几种:O3+超声波法、O3+活性污泥法、O3+膜处理法、O3+混泥法、O3+生物活性炭吸附法。这些方法对不同的水质各有优缺点,因此根据水中难降解物质和有毒物质的不同而选用不同的工艺才能达到较好的效果[13]。

4 臭氧氧化、臭氧联合技术在水处理中的应用

4.1 对工业污水、废水的处理

臭氧技术在污水处理中有着广泛的应用,如:污水脱色、剩余污泥减量及环境干扰化学物质减量等方面。臭氧氧化分解的产物是氧气,不对体系产生二次污染,操作条件也较简单,因此具有其他氧化剂不具有的优势[14]。

4.1.1 对含难降解有机污染物废水的处理

超声波能有效地降解废水中的难降解有机污染物,将超声波与臭氧进行联合使用,可以提高降解有机物的效率,降低运行成本。早在1976年,DAHI[15]就已经发现超声波能够强化O3处理废水过程,他利用20 kHz超声波强化O3氧化处理生物污水处理厂的出水时发现,这种技术可减少50%的O3投加量。国内学者赵朝成等[16]使用O3超声波联合处理含酚废水,研究表明,超声辐射在臭氧氧化过程起加速反应作用,效果明显好于超声或臭氧单独使用时的效果,而且随着超声功率的增大,加速反应的能力增强;随着臭氧通人量的增大,酚去除率不断增大。另外,超声/臭氧处理酚废水的降解规律符合假一级反应。

4.1.2 对印染废水的处理

印染废水对环境的污染很严重,其水量大、水质波动大、污染物成分复杂且含量高,色度、化学需氧量(COD)和生化需氧量(BOD)均较高,是国内外难处理的工业废水之一[17]。臭氧氧化技术是利用O3分子反应选择性强,能与含双键的染料直接发生加成反应,使染料开环脱色,并提高废水的可生化性[18]。此外,O3在紫外线(UV)作用下,转化为·OH等强氧化性物质,与有机物反应,使染料的发色基团中的不饱和键断裂,生成相对分子质量小、无色的有机酸、醛等,达到脱色和降解有机物的目的[19,20]。利用O3/UV氧化与常规生化组合,先利用生化法将可生化有机物大部分去除,剩余不可生化污染物用O3/UV氧化,以降低臭氧的消耗及处理成本,提高出水水质[21]。李兵宇[22]采用生化和O3/UV氧化组合的方法处理印染废水,进水水质为COD897 mg/L,BOD 394 mg/L,色度210倍,处理后COD为58 mg/L,色度0倍。通过该处理出水可达到《GB 4287-1992纺织染整工业水污染物排放标准》的一级排放要求。

4.1.3 对钢铁行业焦化废水的处理

臭氧对去除焦化废水中的酚、氰化物等污染物有显著效果;残留于废水中的臭氧易分解,一般不会产生二次污染,并且能增加水中的溶解氧;操作管理方便。但是此法在工业应用中还存在一些问题,如臭氧发生器耗电量大,运行及投资费用高;由于臭氧的强氧化性,在操作过程中控制不当易对周围的生物造成危害,因此目前未能广泛推广[23]。

4.2 对循环冷却水的处理

使用臭氧处理循环冷却水能有效地杀灭细菌和藻类,能氧化垢层基质中的有机物成分,致使水中的Ca2+浓度、二氧化碳浓度增加,从而产生阻垢作用。吸附在金属表面的臭氧可使金属表面从活化腐蚀状态转变为钝化状态,并且使氧的传质速率加快,降低了由于浓差极化所产生的腐蚀作用[24]。

4.3 对饮用水的处理

在饮用水处理中,臭氧氧化法处理的适宜对象主要包括杀菌、除嗅、除味、脱色、除铁、除锰、除去微量有机物等。饮用水处理中臭氧的投加方式包括预氧化、中间氧化和最后消毒。臭氧的预氧化可去除水中的无机物、色度、浊度、悬浮固体、异臭和味,可部分分解有机物并灭活微生物,从而提高混凝一絮凝一沉淀效果。中间氧化主要是分解有毒微污染物,去除三氯甲烷前体物,并提高有机污染物的可生化降解性。臭氧消毒可灭活水中所有残留的微生物,并使消毒产生的副产物减到最少[25]。

4.4 对回用水、再生水的处理

臭氧虽然对微生物等具有极强的杀灭效果和较好的COD去除作用,但对氨氮去除效果较差,对醇类、醛类、醚类及烃类化合物氧化能力也较弱;运行能耗较高、投资较大,特别是国内制造的大型臭氧发生器存在效率较低、放电管寿命较短、价格较为昂贵的不足、以及尾气处理等问题,使臭氧技术用于回用污水处理受到限制。因此开发效率高、能耗低、寿命长的臭氧发生装置是臭氧处理技术迫切需要解决的问题[26]。

5 结语

电化学法在水处理中的应用现状 篇3

关键词电化学;水处理技术;应用

中图分类号X7文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)081-0132-01

1概述

现代社会,废水处理是一个热门话题。目前,由于电化学方法具有处理装置紧凑、设备小、占地面积少、不产生二次污染,又能起到消毒作用等优点已得到人们的重视,用在造纸废水、印染废水、制药废水、医院废水、含油废水等的研究中。

目前,国内电催化法水处理的研究应用已有一定的基础,然而和国外相比还不是很系统。随着水处理领域的热点转移到有机废水的处理,电化学法降解有机废水受到国内外的关注。

电解法处理废水主要有电化学氧化法、电化学还原法、内电解法、电凝聚法、电气浮法、电沉积法、电渗析法、电吸附法。

2电化学在水处理中的应用

随着全球环境状况的日益严峻,环境保护及污染物处理问题引起了各国政府的高度重视。目前,在美、日等发达国家已经广泛的应用电化学方法进行催化氧化处理有机废水。国内在电化学处理废水方面也有很快的发展。由于电化学处理废水的种种优势与功能,近年来国内外的研究较多,现已广泛应用于处理电镀废水、化工废水、印染废水等的研究,并取得了一定的成效。

2.1难生物降解有机废水的处理

对工业部门外排的一些有机废水,由于有机物含量高、污水流量波动相对较大常规生物处理的效率是很低的,甚至是无效的。采用电解氧化过程处理这类废水,如果选用涂层电极作为阳极材料,就可通过阳极反应直接氧化分解有机污染物,或者通过阳极反应产生的氧化性物质间接分解有机污染物;如果选用可溶性铁或铝作阳极,就可在同一电解反应器中通过电氧化、电凝聚、电气浮协同作用去除有机污染物。从而达到很好的处理效果,COD的去处效率甚至可以达到98%以上。

2.2重金属离子的回收和去除

利用电解法回收和去除废水中的重金属,基本是电化学法在水处理技术应用中较早的领域,现在该技术已属于成熟的应用阶段。现在的研究重点是一些标准电极电位较负的金属,如废水中的Ni2+、Cr6+和贵金属Au、Ag等的去除和回收。

2.3垃圾渗滤液的处理

垃圾渗滤液是一种难处理的高浓度有机废水,它有机污染物种类繁多,水质复杂,污染物浓度高,变化范围大,可生化性差,水质状况随时间发生很大的变化。因此,合理地选择渗滤液处理工艺,对城市垃圾的卫生填埋处理十分必要。电化学水处理技术有极强的选择性,可以将难降解有机物或对生物有毒、有抑制的污染物转化为可生化物质,从而提高废水的可生物降解性。

电化学氧化法不仅可有效地去除垃圾渗滤液的色度、COD和氨氮,而且对一些典型的难降解的有毒污染物有良好的降解或去除作用,出水的可生化性明显改善,有利于后续的生化处理。

2.4含染料废水的处理

染料废水成分复杂,含有多种有机染料和中间体,色度深,毒性强,难降解,pH值波动大,组分变化大,浓度高,水量大。由于电解过程中余氯的产生,电解法对含盐染色废水的色度和COD去除具有独特的效果。采用混凝—电化学氧化—活性污泥法处理印染废水,比传统工艺可节省1/4的费用。

2.5含油废水的处理

采用电絮凝和电气浮法处理含油废水,一般去油量可达93%～95%,对含油量在150mg/L以下的废水,经处理后,含油量常可降到10%以下。含油废水成分非常复杂,含有大量的油分和难处理的表面活性剂,同时污染源比较分散,水质变化较大。如果用电凝聚和电气浮的作用对水中的悬浮物,色度,COD、浊度和含油量都有很好的去除效果。

此外,炼油厂外排污水、在开采海洋石油时产生的含多环芳烃类有机物和氯离子等废水等也可采用电化学的处理方法并能达到相应的排放及回用标准。

2.6含氮废水的处理

电解脱氮的主要对象是脱去核废水中的NO3﹣。由于其中常含有Ru、Hg等放射性及重金属元素,用其它方法处理相当困难。而采用电化学处理方法得到了比较好的效果。

3结论

电化学方法是一种处理装置紧凑、设备小、占地面积少、不产生二次污染,又能起到消毒作用的水处理技术,它在重金属离子的回收和去除、难生物降解有机废水的处理、含染料废水的处理、含油废水的处理、垃圾渗滤液的处理以及含氮废水的处理中有着广泛的应用,并对这些种类的废水有着非常好的处理效果。

参考文献

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三维电极在水处理中的应用 篇4

三维电极在水处理中的应用

摘要：综合近年来国内外有关三维电极水处理技术研究现状和特点,对三维电极在处理染料废水、有机废水、重金属离子废水等方面的应用进行了论述,同时对三维电极与其他技术的联合使用进行了总结,并提出三维电极目前研究存在的`问题及今后的研究方向.作 者：冯国栋 赵卫星 姜娈 王艳 张来新 FENG Guo-dong ZHAO Wei-xing JIANG Luan WANG Yan ZHANG Lai-xin 作者单位：宝鸡文理学院,化学化工系,陕西,宝鸡,721013期 刊：应用化工 ISTIC Journal：APPLIED CHEMICAL INDUSTRY年，卷(期)：,39(9)分类号：X703关键词：三维电极 电化学技术 废水处理

新型复合絮凝剂在水处理中的应用 篇5

新型复合絮凝剂在水处理中的应用

制备了无机-有机天然高分子复合絮凝剂PAC-CTS,探讨了其组成、投加量以及废水pH值对城市废水和金属合成水样絮凝效果的影响.结果表明,当处理的城市废水pH值为8,复合絮凝剂组成中CTS含量为200 g/kg,投加量为80 mg/L时,废水的色度、浊度和CODCr的去除率分别达到94%,99%和68%;在金属合成水样的应用中,当水样pH值为8,CTS含量为300 g/kg时,复合絮凝剂絮凝效果最好,投加量分别为4和5 mg/L时,Cu 2+和Pb 2+的.去除效果分别为85%和73%.说明复合絮凝剂PAC-CTS兼有无机和有机絮凝剂的优点,是一种使用范围较广的新型絮凝剂.

作 者：王莉 冯贵颖 田鹏 WANG Li FENG Gui-ying TIAN Peng 作者单位：西北农林科技大学,生命科学学院,陕西,杨凌,712100刊 名：西北农林科技大学学报(自然科学版) ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF NORTHWEST SCI-TECH UNIVERSITY OF AGRICULTURE AND FORESTRY(NATURAL SCIENCE EDITION)年，卷(期)：33(3)分类号：X703.5关键词：水处理 复合絮凝剂 壳聚糖

臭氧组合工艺在水处理中的应用 篇6

综合论述了膜生物反应器的分类、结构、特点,介绍了近年来各国学者应用膜生物反应器去除废水中有机物、氮、磷等污染物所取得的研究成果、面临的问题以及膜生物系统在实际废水处理中的应用.简要阐述了膜污染的成因、机理及其对策,并指出了现阶段限制膜生物技术在我国发展的`原因,展望了未来膜生物技术在我国广阔的发展前景.

作 者：李凤亭 王亮 刘华 刘岩 作者单位：李凤亭,王亮(同济大学环境科学与工程学院,上海,92)

刘华(上海市环境工程设计研究院,上海,200071)

刘岩(青岛市环境监测站,山东,青岛,266003)

臭氧组合工艺在水处理中的应用 篇7

O3是一种清洁的氧化剂, 但是单独臭氧氧化技术存在很大的不足, 主要在于臭氧分子与有机物的直接反应具有很强的选择性, 反应的速率常数在100-103M-1·s-1, 难降解污染物不能完全的被氧化去除[1]。除此之外, 臭氧氧化污染物的体系中需要消耗大量的能量, 这也大大阻碍了臭氧氧化技术推广[2]。随着高级氧化技术 (AOPs) 的出现和发展, 金属氧化物广泛用于催化臭氧氧化难降解有机物。金属氧化物能有效催化臭氧产生大量的羟基自由基无选择性的攻击难降解有机污染物[1]。

1 金属催化臭氧化的应用

P.C.C.Faria[3]等人分别以活性炭、氧化铈和铈改性活性碳作为催化剂, 进行催化臭氧氧化处理染料和纺织废水的实验。结果表明:染料目标物的初始浓度为50mg/L, 单独臭氧氧化染料废水十分钟后完全脱色。铈改性活性碳催化剂表现出了最高的催化活性, 对CI活性蓝、CI酸性蓝113和CI活性黄35这三种溶液的矿化率分别为:100%、98%和97%;催化剂的催化效果受水中碳酸根和碳酸氢根离子等羟基自由基清除剂的影响。当水中存在这些无机阴离子时, 目标物的去除率下降。

Aihua Lv[4]通过共沉淀法制备磁性Co-和Co, Mn-掺杂γ-Fe2O3的催化剂 (FC和FCM) 。实验发现FCM被认为在臭氧水中对2, 4-dichlorophenoxyacetic及其衍生物2, 4-diclorophenol、2, 4, 6-trichlorophenol的矿化是非常有效的。对催化剂进行表征, 结果表明钴, 锰掺杂γ-Fe2O3催化剂中存在多种价态的氧化物, 并在FCM表面上产生了更多的路易斯酸点位。臭氧与化学吸附的H2O、臭氧与Lewis酸性位上化学吸附H2O产生的羟基基团之间的相互作用生成活性氧产物。此外, 在臭氧的催化分解中, 通过循环伏安法检测发现FCM催化剂和水溶液的界面上出现氧化还原过程。研究表明, 锰的引进不仅增加表面的路易斯酸位点 (FCM) 产生更多的表面羟基和化学吸附的水, 而且增强了界面的电子转移, 从而导致FCM催化剂具有更高的活性;

Fei Qi[5]等人2, 4, 6-三氯苯甲醚作为目标物, 探究Fe和Mn改性矾土的催化臭氧氧化性能。结果表明, Fe和Mn改性的矾土催化剂能有效的催化臭氧氧化2, 4, 6-三氯苯甲醚。实验体系的p H对催化剂的催化活性起着重要的作用。对催化剂的等电点和zata电荷分析, 得出较低的zata电荷的改性催化剂有利于提高催化剂的催化活性。Fe和Mn改性矾土催化机理遵循羟基自由基链式分解机理, 催化的主要途径被认为是臭氧和2, 4, 6-三氯苯甲醚吸附在催化剂的表面, 然后发生直接或者间接的反应, 这其中催化剂的表面羟基集团引发了臭氧的链式分解, 产生了大量的羟基自由基, 对2, 4, 6-三氯苯甲醚的氧化起着重要作用。

2 金属催化臭氧化机理

金属氧化物催化臭氧化体系的作用机理复杂, 一般来说金属催化普遍为存在以下三种作用机理[6]:

(1) 催化剂吸附臭氧, 催化剂表面的活性点引发臭氧的链式分解产生大量活性更高的·OH, 然后与水中的有机物反应。

(2) 催化剂化学吸附有机物, 产生富集作用, 与臭氧反应。

(3) 有机物分子与臭氧分子都吸附在催化剂表面, 催化剂为其提供反应场所。

3 展望

金属催化剂催化臭氧氧化是有机物行之有效的水处理技术, 但是仍存在不少需要改进地方, 主要体现在以下几个方面: (1) 金属催化剂在使用的过程中, 部分金属发生金属离子溶出, 这大大降低了催化剂的催化活性, 并对反应体系产生污染; (2) 金属催化臭氧氧化作用机理需要深入的研究; (3) 大力发展纳米级金属催化剂, 增大催化剂的比表面积, 提高催化氧化的反应速率; (4) 探索不同活性组分的金属催化剂的协同反应作用。

参考文献

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