臭氧氧化技术在水处理中的应用研究
摘要：臭氧（O3）对各种物体的氧化能力较强，并且是极易溶于水的一种氧分子。因此，人们常常利用臭氧来氧化水中的污染物，从而使水更加清洁，减少因污水导致的土壤破化，以及对水生物的伤害。臭氧在臭氧氧化技术中的工作原理极其简单，一方面通过自身的氧化作用直接对水中污染物进行分解，另一方面，通过产生一种化学物质间接对污染物进行降解。该技术容易操作，因此臭氧氧化技术被广泛地应用于工业生产的废水处理中。
关键词：臭氧；氧化技术；水处理；应用
中图分类号：X52 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）01-0081-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.01.047
Application of ozone oxidation technology in water treatment
Mou Jie
（Design Center of Tianjin Environmental Protection Technology Development Center， Tianjin 300074，China）
Abstract： Ozone （O3） is a powerful oxidizing agent for various objects and is an oxygen molecule that is highly soluble in water. As a result， ozone is often used to oxidize water pollutants， thereby making the water cleaner， reducing soil runoff caused by sewage， and damaging aquatic life. Ozone in the ozone oxidation technology works Simple machine， on the one hand directly through their own oxidation of pollutants in the water decomposition， on the other hand， through the production of a chemical pollutants indirectly degradation. The technology is easy to operate， so ozone oxidation technology is widely used in industrial wastewater treatment.
Key words：Ozone；Oxidation technology；Water treatment；Application
在1787年，德国人Van Ma-rum在使用电极设备时，发现在空气高压的状态下，发电机在进行放电的同时产生一些怪异的气体。到了1801年，一位科学家Cruickshank在使用纯氧做水电解的实验时，发现在阳极出也放出了与之前相同气味的气体。该种化学气体，经过后来的一些科学家的探讨，被一位名叫Schonbei的法国科学学者命名为OZONE，即O3（臭氧）。近年来因臭氧氧化能力强的特点，被广泛地应用于工业的各个领域，并且随着我国科技的进步，氧化技术水平也在不断地提高。文章将从分析臭氧独特的性质入手，探究臭氧进行氧化过程的原理，臭氧可以应用的范围和一些工业领域。
1 臭氧的性质
臭氧在水中进行溶解之后会逐步轉变成长链状的有机物，并且这种有机物是不饱和的状态。臭氧是属于氧的同素异形体，属于一种含有三个氧原子的大分子，并且这三个氧原子呈现三角形的排列方式。其中处于中间的一个原子与其他的两个原子距离长度是相等的。臭氧在正常的温度下呈现的是一种淡蓝色的气体，并有一种刺鼻的鱼腥味，溶于水之后使水变成了深蓝色，而臭氧在固体的状态时是紫黑色的。臭氧的分子结构界定其具有不稳定的特点，一般情况下，在空气中臭氧只需要20～50 min就可以完全挥发掉，所以臭氧在空气中有一部分会变成氧气，并且温度越高越容易分解，分解的速度也就越快[1]。研究表明，臭氧在水中的分解速度要比在空气中慢一些，正常情况下为35 min，并且其溶解速度受到水温的影响，因此要具体情况具体分析。将臭氧、氯、过氧化氢这三种化学分子的电极电位进行比较，发现臭氧的氧化性能最优，氯和过氧化氢分别为1.36和1.78. 所以，臭氧氧化性最强，仅次于氟，而氟不易溶于水的特征决定了在进行水处理时，应当首选臭氧。如上表1的调查数据可知。
臭氧有着高强度的氧化性能，显而易见其缺点就是自身的强腐蚀性。除了一些比较贵重的金属，例如金、铂以外，臭氧对其他类型的金属都具有高强度的腐蚀和破坏的作用，此外，臭氧还对一些非金属的物体同样具有腐蚀性，即便是一些抗腐蚀性极强并且含有聚氯乙烯的塑料制品。在操作臭氧技术时所使用的设备也会因和臭氧的接触而产生氧化的现象，设备经常会出现疏松和开裂的问题。臭氧有着难闻的气味，并且并不是无毒的气体，所以工业对臭氧的生产量要有所控制，不能进行大量的生产，否则对人的身体也会带来一定的危害。研究结果显示，臭氧的浓度超标时会对周围的动物产生伤害[2]。当人身处臭氧浓度为（0.5～1）×10-6环境下，并待1.5 h后，人的身体会感到不适，进而出现口干、咳嗽的现象。人一旦长时间处于这样的环境中，严重者可能导致其呼吸道感染，研究报道表明，臭氧还有致癌的危害。
2 臭氧氧化机理
通过研究相关的化学原理或者一些理论的推导可以知道，任何化学物质在进行氧化反应时都是通过使苯系物质、大分子量物质中较弱的化合键进行分解和断开，进一步形成分子含量较小的化学物质；从而改变了目标降解物的分子结构，使其更加容易通过氧化分解掉。臭氧通过直接氧化或者间接氧化的工程实现对水中污染物的破坏和分解。间接的方式可以说是臭氧溶解在水中之后，产生的羟基自由基从而实现对水中污染物氧化作用也就是R反应。其中，这两种氧化作用是存在差异的，直接进行氧化作用时，水溶液中存在着是O3 分子，可以对水中的有机物直接发生氧化作用，清除掉水中的污染物质，进而使水达到清洁的目的；间接氧化是指O3分子溶解于水之后，会产生比O3分子本身氧化能力更强的化学物质，也就是羟基自由基，它也可以对水中的有机物进行氧化反应，并且氧化能力更强，这就是O3的间接氧化清除污染物的过程。
3 臭氧氧化技术在水处理中的应用案例
近年来，臭氧氧化技术被各大化工工厂广泛的采用，因该技术对于污水的处理效果极佳，并且该技术较简单且易操作，花费的成本也较低，以下将从三个应用场景来对臭氧水处理技术进行探讨。
3.1 印染污水和造纸污水处理
臭氧独特的氧化性能使之可以很好的与有机物中的发色基团发生化学作用，实现断开有机物的化学键的功能，进而使水中污染物质中的大分子逐步变小，并使之变成无色的小分子，进而实现消除污染物的目的。所以臭氧便可以应用在处理一些燃料或者印刷的工业中，例如染布工业和一些造纸工业中，对于清除掉废水的颜色起到了重要的作用[4]。国外的一些科学家据此导出了臭氧在对染料进行分解过程中产生一系列反应的方程式，另外还进一步探讨了水中的COD和BOD5发生哪些化学反应。我国相关领域的学者卢宁川等在研究臭氧氧化印染废水时，得出结论是臭氧对GBC枣红基染料清除率为94%，而对CODCr却只有72%[5]。
3.2 炼油厂的污水处理
炼油厂的废水与其他类别的废水不同，其污物质大部分是石油大分子发生分解后产生的有利分子，这种产物自身可降解能力较弱，因此必须要利用氧化能力强的化学分子进行分解。传统上一直所采用的方式通常为“隔油+气浮+生化”。 而当前国内已经出现一些学者利用臭氧进行该类型废水的处理[6]。实验过程中进水量的要求为0.5 m3/h、HRT 1.49 h，COD 44.07～102.13 mg/L、 氨氮28.37～50.01 mg/L、水中污染物的浓度大概为4.10～6.77 mg/L。经处理后 COD、氨氮、石油类物质平均清除率分别达到 94%、96.1%、91.9%。经过臭氧处理后的水可以实现重复使用。
4 结束语
臭氧氧化技术已经得到大力的推广，其成本低廉且易于把控的優势，使得其受到各类化工厂的广泛运用和支持。当前我国的水资源状况出现了许多问题，人们一味地发展重工业的同时，却忽略了对水资源节约环保的意识。臭氧氧化技术将发挥巨大的作用，随着我国保护环境意识的加强以及科技的进步，臭氧氧化技术的应用范围将会更加广阔，此外，相关的技术人员还应该结合其他的氧化技术，为未来实现更成熟和更完善的水处理技术提供保障。
参考文献
[1]赵国方，赵红斌.废水高温深度氧化处理技术[J].现代化工，2013，（01）：88.
[2]王怡中，胡克源.乙醛在铜锰铁氧化物催化剂上深度氧化反应动力学[J].环境科学学报，2015，（01）：45-46.
[3]庄汉平，闵育顺，黄晓东.水处理过程中的深度氧化技术[J].中山大学学报论丛，2012，（05）：11-12.
[4]王金安，汪仁.单组分催化剂对甲醇的深度氧化[J].环境科学，2014，（02）：90.
[5]吴开元，陈霞辉，周印.深度氧化技术系统在高难废水处理中的应用研究[J].水处理技术，2013，（11）：25.
[6]陆卫军.深度氧化工艺处理稀浓度废水[J].污染防治技术，2013，（04）：79.
收稿日期：2017-12-08
作者简介：牟洁（1986-），女，工程师，研究方向为水污染防治技术与管理。
关键词：臭氧；氧化技术；水处理；应用
中图分类号：X52 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）01-0081-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.01.047
Application of ozone oxidation technology in water treatment
Mou Jie
（Design Center of Tianjin Environmental Protection Technology Development Center， Tianjin 300074，China）
Abstract： Ozone （O3） is a powerful oxidizing agent for various objects and is an oxygen molecule that is highly soluble in water. As a result， ozone is often used to oxidize water pollutants， thereby making the water cleaner， reducing soil runoff caused by sewage， and damaging aquatic life. Ozone in the ozone oxidation technology works Simple machine， on the one hand directly through their own oxidation of pollutants in the water decomposition， on the other hand， through the production of a chemical pollutants indirectly degradation. The technology is easy to operate， so ozone oxidation technology is widely used in industrial wastewater treatment.
Key words：Ozone；Oxidation technology；Water treatment；Application
在1787年，德国人Van Ma-rum在使用电极设备时，发现在空气高压的状态下，发电机在进行放电的同时产生一些怪异的气体。到了1801年，一位科学家Cruickshank在使用纯氧做水电解的实验时，发现在阳极出也放出了与之前相同气味的气体。该种化学气体，经过后来的一些科学家的探讨，被一位名叫Schonbei的法国科学学者命名为OZONE，即O3（臭氧）。近年来因臭氧氧化能力强的特点，被广泛地应用于工业的各个领域，并且随着我国科技的进步，氧化技术水平也在不断地提高。文章将从分析臭氧独特的性质入手，探究臭氧进行氧化过程的原理，臭氧可以应用的范围和一些工业领域。
1 臭氧的性质
臭氧在水中进行溶解之后会逐步轉变成长链状的有机物，并且这种有机物是不饱和的状态。臭氧是属于氧的同素异形体，属于一种含有三个氧原子的大分子，并且这三个氧原子呈现三角形的排列方式。其中处于中间的一个原子与其他的两个原子距离长度是相等的。臭氧在正常的温度下呈现的是一种淡蓝色的气体，并有一种刺鼻的鱼腥味，溶于水之后使水变成了深蓝色，而臭氧在固体的状态时是紫黑色的。臭氧的分子结构界定其具有不稳定的特点，一般情况下，在空气中臭氧只需要20～50 min就可以完全挥发掉，所以臭氧在空气中有一部分会变成氧气，并且温度越高越容易分解，分解的速度也就越快[1]。研究表明，臭氧在水中的分解速度要比在空气中慢一些，正常情况下为35 min，并且其溶解速度受到水温的影响，因此要具体情况具体分析。将臭氧、氯、过氧化氢这三种化学分子的电极电位进行比较，发现臭氧的氧化性能最优，氯和过氧化氢分别为1.36和1.78. 所以，臭氧氧化性最强，仅次于氟，而氟不易溶于水的特征决定了在进行水处理时，应当首选臭氧。如上表1的调查数据可知。
臭氧有着高强度的氧化性能，显而易见其缺点就是自身的强腐蚀性。除了一些比较贵重的金属，例如金、铂以外，臭氧对其他类型的金属都具有高强度的腐蚀和破坏的作用，此外，臭氧还对一些非金属的物体同样具有腐蚀性，即便是一些抗腐蚀性极强并且含有聚氯乙烯的塑料制品。在操作臭氧技术时所使用的设备也会因和臭氧的接触而产生氧化的现象，设备经常会出现疏松和开裂的问题。臭氧有着难闻的气味，并且并不是无毒的气体，所以工业对臭氧的生产量要有所控制，不能进行大量的生产，否则对人的身体也会带来一定的危害。研究结果显示，臭氧的浓度超标时会对周围的动物产生伤害[2]。当人身处臭氧浓度为（0.5～1）×10-6环境下，并待1.5 h后，人的身体会感到不适，进而出现口干、咳嗽的现象。人一旦长时间处于这样的环境中，严重者可能导致其呼吸道感染，研究报道表明，臭氧还有致癌的危害。
2 臭氧氧化机理
通过研究相关的化学原理或者一些理论的推导可以知道，任何化学物质在进行氧化反应时都是通过使苯系物质、大分子量物质中较弱的化合键进行分解和断开，进一步形成分子含量较小的化学物质；从而改变了目标降解物的分子结构，使其更加容易通过氧化分解掉。臭氧通过直接氧化或者间接氧化的工程实现对水中污染物的破坏和分解。间接的方式可以说是臭氧溶解在水中之后，产生的羟基自由基从而实现对水中污染物氧化作用也就是R反应。其中，这两种氧化作用是存在差异的，直接进行氧化作用时，水溶液中存在着是O3 分子，可以对水中的有机物直接发生氧化作用，清除掉水中的污染物质，进而使水达到清洁的目的；间接氧化是指O3分子溶解于水之后，会产生比O3分子本身氧化能力更强的化学物质，也就是羟基自由基，它也可以对水中的有机物进行氧化反应，并且氧化能力更强，这就是O3的间接氧化清除污染物的过程。
3 臭氧氧化技术在水处理中的应用案例
近年来，臭氧氧化技术被各大化工工厂广泛的采用，因该技术对于污水的处理效果极佳，并且该技术较简单且易操作，花费的成本也较低，以下将从三个应用场景来对臭氧水处理技术进行探讨。
3.1 印染污水和造纸污水处理
臭氧独特的氧化性能使之可以很好的与有机物中的发色基团发生化学作用，实现断开有机物的化学键的功能，进而使水中污染物质中的大分子逐步变小，并使之变成无色的小分子，进而实现消除污染物的目的。所以臭氧便可以应用在处理一些燃料或者印刷的工业中，例如染布工业和一些造纸工业中，对于清除掉废水的颜色起到了重要的作用[4]。国外的一些科学家据此导出了臭氧在对染料进行分解过程中产生一系列反应的方程式，另外还进一步探讨了水中的COD和BOD5发生哪些化学反应。我国相关领域的学者卢宁川等在研究臭氧氧化印染废水时，得出结论是臭氧对GBC枣红基染料清除率为94%，而对CODCr却只有72%[5]。
3.2 炼油厂的污水处理
炼油厂的废水与其他类别的废水不同，其污物质大部分是石油大分子发生分解后产生的有利分子，这种产物自身可降解能力较弱，因此必须要利用氧化能力强的化学分子进行分解。传统上一直所采用的方式通常为“隔油+气浮+生化”。 而当前国内已经出现一些学者利用臭氧进行该类型废水的处理[6]。实验过程中进水量的要求为0.5 m3/h、HRT 1.49 h，COD 44.07～102.13 mg/L、 氨氮28.37～50.01 mg/L、水中污染物的浓度大概为4.10～6.77 mg/L。经处理后 COD、氨氮、石油类物质平均清除率分别达到 94%、96.1%、91.9%。经过臭氧处理后的水可以实现重复使用。
4 结束语
臭氧氧化技术已经得到大力的推广，其成本低廉且易于把控的優势，使得其受到各类化工厂的广泛运用和支持。当前我国的水资源状况出现了许多问题，人们一味地发展重工业的同时，却忽略了对水资源节约环保的意识。臭氧氧化技术将发挥巨大的作用，随着我国保护环境意识的加强以及科技的进步，臭氧氧化技术的应用范围将会更加广阔，此外，相关的技术人员还应该结合其他的氧化技术，为未来实现更成熟和更完善的水处理技术提供保障。
参考文献
[1]赵国方，赵红斌.废水高温深度氧化处理技术[J].现代化工，2013，（01）：88.
[2]王怡中，胡克源.乙醛在铜锰铁氧化物催化剂上深度氧化反应动力学[J].环境科学学报，2015，（01）：45-46.
[3]庄汉平，闵育顺，黄晓东.水处理过程中的深度氧化技术[J].中山大学学报论丛，2012，（05）：11-12.
[4]王金安，汪仁.单组分催化剂对甲醇的深度氧化[J].环境科学，2014，（02）：90.
[5]吴开元，陈霞辉，周印.深度氧化技术系统在高难废水处理中的应用研究[J].水处理技术，2013，（11）：25.
[6]陆卫军.深度氧化工艺处理稀浓度废水[J].污染防治技术，2013，（04）：79.
收稿日期：2017-12-08
作者简介：牟洁（1986-），女，工程师，研究方向为水污染防治技术与管理。
