臭氧的起源

臭氧，化學(xué)式O?，是一種由三個(gè)氧原子構(gòu)成的三原子氧分子，常被稱為“活性氧”。其名稱源于自身獨(dú)特的類似魚腥草的氣味。在常溫狀態(tài)下，臭氧能夠自行轉(zhuǎn)化為氧氣。其密度高于氧氣，在水中溶解度較低，且化學(xué)性質(zhì)較為不穩(wěn)定。臭氧由氧分子結(jié)合一個(gè)額外氧原子形成，屬于一種亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)。在使用過程中，未被用于氧化的剩余氧原子會(huì)重新結(jié)合為穩(wěn)定氧氣，因此不會(huì)殘留有害物質(zhì)。臭氧主要由氮氧化物（NOx）與揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）經(jīng)由復(fù)雜的光化學(xué)反應(yīng)生成。

臭氧分子結(jié)構(gòu)

臭氧的氧化機(jī)理

臭氧之所以具備卓越的氧化能力，源于其分子內(nèi)單個(gè)氧原子表現(xiàn)出強(qiáng)烈的電子親和特性。當(dāng)臭氧在水中分解時(shí)，會(huì)產(chǎn)生氧化能力極強(qiáng)的羥基自由基，能夠高效降解廢水里的有機(jī)污染物，并最終轉(zhuǎn)化為氧氣，不遺留二次污染。

當(dāng)前研究普遍認(rèn)為，臭氧與有機(jī)物之間主要通過兩種路徑進(jìn)行反應(yīng)：

（1）臭氧以分子形態(tài)直接與水體中的有機(jī)物作用。該過程具有較高選擇性，尤其傾向攻擊含雙鍵結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，更容易與芳香族化合物及不飽和烴類發(fā)生反應(yīng)。

（2） 在堿性環(huán)境中，臭氧在水中分解，生成包括羥基自由基在內(nèi)的多種高活性中間產(chǎn)物，這些中間體進(jìn)一步參與有機(jī)物的氧化降解。

臭氧在污水處理中的作用

臭氧（O?）作為一種高效氧化劑、滅菌劑、漂白劑與異味清除劑，其技術(shù)被視作當(dāng)前環(huán)境污染與水處理領(lǐng)域的核心手段，并躋身本世紀(jì)環(huán)境科技四大關(guān)鍵技術(shù)之列。它廣泛應(yīng)用于空氣與水體中有機(jī)物降解、微生物滅活以及氣味控制等多個(gè)方面。臭氧能有效分解多數(shù)顯色物質(zhì)，其卓越的氧化與殺菌能力，使其成為自然界氧化能力最強(qiáng)的物質(zhì)之一，在水體中的氧化還原電位僅次于氟元素。

臭氧氧化凈化技術(shù)的基本原理

該技術(shù)的關(guān)鍵在于利用特定電場實(shí)現(xiàn)無聲放電，從而大量制備臭氧。這一過程中，高能電子與氣體分子碰撞引發(fā)一系列基礎(chǔ)物理化學(xué)反應(yīng)，激活氣體分子并生成多種高反應(yīng)活性自由基，進(jìn)而催化、氧化并分解各類污染物與微生物，最終轉(zhuǎn)化為無害產(chǎn)物，實(shí)現(xiàn)空氣與水體的深度凈化。

在廢水治理領(lǐng)域，臭氧氧化技術(shù)主要用于各類污水處理流程中對(duì)細(xì)菌、異味的清除，以及可溶性有機(jī)物等多種污染物的高效去除。

科力邇臭氧高級(jí)氧化工業(yè)裝置及污水處理效果

臭氧氧化技術(shù)的特性

• 氧化能力強(qiáng)，反應(yīng)速度快；

• 對(duì)細(xì)菌，病毒、芽胞、軟體微生物等有極強(qiáng)的殺滅作用；

• 氧化溶解性有機(jī)物，降低水中BOD、COD；臭氧的原料取自空氣中的氧，完成工作后又還原成氧，增加水中溶解氧，沒有二次污染；

• 可改善水的理化性質(zhì)，有良好的脫色、除臭、除異味作用；

• 用臭氧消毒殺菌不會(huì)產(chǎn)生有毒的三氯甲烷及致癌有機(jī)鹵化物副產(chǎn)品，不存在任何對(duì)人畜有害的殘留物。

臭氧氧化技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

盡管臭氧因其較高的氧化還原電位（2.07 V，僅次于氟），在飲用水殺菌、除臭、脫色等方面應(yīng)用廣泛，但在單獨(dú)用于廢水治理時(shí)仍存在一些技術(shù)瓶頸：

• 臭氧與有機(jī)物的反應(yīng)選擇性較強(qiáng)，在低劑量和短時(shí)間內(nèi)，臭氧不可能完全礦化污染物，且分解生成的中間產(chǎn)物會(huì)阻止臭氧的進(jìn)一步氧化。

• 臭氧的發(fā)生成本高，利用率偏低，導(dǎo)致處理費(fèi)用高。因此對(duì)提高臭氧的利用率和氧化能力這方面的研究，是目前國內(nèi)外的熱點(diǎn)。

臭氧氧化技術(shù)在污水處理行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，國內(nèi)外學(xué)者在臭氧高級(jí)氧化法（AOTs/AOPs）的應(yīng)用研究中取得顯著進(jìn)展。該技術(shù)通過將臭氧氧化與其他多種水處理工藝結(jié)合，形成氧化能力更強(qiáng)、選擇性更低的羥基自由基（氧化還原電位高達(dá)2.80 V）。

與傳統(tǒng)處理方法相比，臭氧高級(jí)氧化法具有以下優(yōu)勢：

• 對(duì)于生物難降解物質(zhì)處理效果好

• 降解速度快

• 占地面積小

• 自動(dòng)化程度高

• 無二次污染、浮渣

• 污泥產(chǎn)生量較少等優(yōu)點(diǎn)

• 已廣泛應(yīng)用于在食品、制藥、石油石化、印染、鋼鐵、供水等行業(yè)。

技術(shù)發(fā)展歷程

• 1896年Meritens最早將臭氧用作殺菌劑應(yīng)用于飲用水處理。

• 1906年在尼斯建立并投入運(yùn)行的Bon Voyage水廠,被看作“飲水臭氧化的誕生地”。

• 到20世紀(jì)70年代后期,臭氧仍主要用于消毒,主要是在法國和其他使用。

• 近年來臭氧氧化技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛,它在殺菌、消毒、脫色、除臭、氧化難降解有機(jī)物與改善絮凝效果方面有明顯的優(yōu)勢。臭氧對(duì)脫除染料廢水、印染廢水和造紙廢水色度的良好效果,近年來得到了實(shí)際應(yīng)用。

• 臭氧能將發(fā)色基團(tuán)大分子降解成小分子最后有效去除。造紙廢水最大的特點(diǎn)是BOD、COD、高色度及臭味,其中含高濃度的氯代酚、氯代丙酮、三氯甲烷等。Part等應(yīng)用臭氧對(duì)牛皮紙廠漂白廢水進(jìn)行脫色,將濃度為32.4 mg/L的臭氧通入連續(xù)運(yùn)行的柱反應(yīng)器,停留時(shí)間3 min,廢水色度被完全去除。

國內(nèi)應(yīng)用案例

• 王煜等學(xué)者采用高頻陶瓷沿面放電臭氧技術(shù)處理印染廢水，在接觸時(shí)間10小時(shí)、pH 7–8條件下，COD去除率達(dá)到86.6%，脫色率達(dá)98.4%。研究還指出，在脫色應(yīng)用中控制pH≤7，有助于減緩臭氧分解并提高羥基自由基產(chǎn)率，從而提升臭氧利用效率。

• 金臘華的實(shí)驗(yàn)研究表明，臭氧可用于改善汽車制造廠綜合廢水的可生化性。在特定工藝條件下，經(jīng)過2小時(shí)臭氧氧化，COD去除率可達(dá)60%。

• 近年來，臭氧也逐步用于城市生活污水的深度處理。通常投加量為10–20 mg/L，接觸5–20分鐘，可實(shí)現(xiàn)COD降低40%、BOD降低70%、SS降低60%、氨氮降低20%、致癌物減少80%以及色度去除90%。

• 日本研發(fā)的微細(xì)臭氧氣泡處理裝置已成功投入應(yīng)用。該裝置產(chǎn)生的氣泡直徑僅10–100微米，極大增加了氣液接觸面積，使臭氧溶解度提升5倍，利用率顯著提高，同時(shí)強(qiáng)化了混合效果。因其高效與經(jīng)濟(jì)性，該技術(shù)已推廣至食品、畜產(chǎn)及水產(chǎn)品加工廠的廢水處理。

隨著臭氧技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，其研究與應(yīng)用已在全球范圍內(nèi)形成獨(dú)立產(chǎn)業(yè)，未來發(fā)展前景廣闊。

臭氧氧化技術(shù)最新突破

科力邇科技在成功研發(fā)旋流溶氣氣?。?a title='CDFU' target='_blank' href='http://www.vyvansesideeffects.com/product/26.html' class='seolabel'>CDFU）技術(shù)基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性地引入臭氧高級(jí)氧化工藝，形成臭氧高級(jí)氧化與旋流溶氣氣浮高效集成技術(shù)——CDOF。該裝置融合了超聲波催化臭氧氧化、化學(xué)絮凝、水力空化、旋流分離與溶氣氣浮等多種技術(shù)，顯著提高了臭氧利用效率并加速了氧化反應(yīng)進(jìn)程。

臭氧氧化工業(yè)裝置

CDOF技術(shù)能夠快速、經(jīng)濟(jì)且高效地降低水中各類污染物（包括難降解有機(jī)物、溶解油及色度）。通過臭氧氧化與絮凝協(xié)同作用，該技術(shù)不僅使旋流溶氣氣浮能夠有效去除膠體與溶解態(tài)有機(jī)物（傳統(tǒng)氣浮難以實(shí)現(xiàn)），還大幅提升了分離效能，實(shí)現(xiàn)對(duì)多種復(fù)雜廢水的高效綜合治理。

臭氧應(yīng)用污水處理效果

CDOF技術(shù)作為由國內(nèi)科研團(tuán)隊(duì)獨(dú)立研發(fā)的專利成果，已達(dá)到全球行業(yè)領(lǐng)先標(biāo)準(zhǔn)。目前已獲十余項(xiàng)國內(nèi)外專利授權(quán)，其中包括一項(xiàng)國際專利與三項(xiàng)國內(nèi)發(fā)明專利。