高級氧化技術 臭氧研究

1、臭氧氧化污水處理技術 臭氧分子目前國內污水影響環(huán)境問題嚴重 內蒙古拉僧廟工業(yè)園區(qū)每天大量的工業(yè)污水流向黃河灘 蘭州段黃河污水處理主要方法分類物理法化學法生物法離心沉淀氣浮法 重力沉淀化學沉淀法還原法氧化法活性污泥法自然生物處理法生物膜法臭氧氧化技術臭氧高級氧化技術臭氧高級氧化技術：臭氧高級氧化技術：是指通過化學和物理化學的方法使臭氧分解產(chǎn)生羥基自由基，通過羥基自由基將污水中的污染物轉化成低毒的易生物降解的中間產(chǎn)物，或將其直接礦化成無機物。優(yōu)點：優(yōu)點：該技術具有高效、徹底、使用范圍廣、無二次污染等特點。臭氧氧化機理臭氧通過兩種不同的途徑與物質反應分為： 直接氧化直接氧化 和 間接氧化間接氧化不同

2、的反應途徑產(chǎn)生不同的氧化產(chǎn)物而且受不同動力學機理控制：（1）臭氧分子通過親電或親核作用直接參與反應。（2）水中的臭氧與堿等因素作用下分解產(chǎn)生活潑的自由基，主要為OH與污染物質的反應。直接氧化臭氧直接氧化有機物臭氧直接氧化有機物是一種有選擇性、低反應速率的反應。反應機理分為：反應機理分為：克里吉（Criegee）機理、親電反應 親核反應。（1）克里吉機理 由于臭氧具有偶極結構，不飽和鍵與臭氧分子的反應導致鍵的斷裂。 CCO3CCCCOOOCOO HCOO+O O - 不飽和鍵與臭氧的水相反應（2）親電反應 臭氧分子中含正電荷的氧原子將最先攻擊電子云密度高的部位。 比如含供電子基團的芳環(huán)分子，在苯

3、環(huán)的鄰位和對位上的碳原子的電子云密度相對較高，較易受到攻擊。（3）親核反應 親核反應的機理與親電反應相反，臭氧分子中含負電荷的氧原子會攻擊那些含有吸電子基團的碳原子。 臭氧與不同物質的反應速率分析 物質名稱k/Lmol-1s-1物質名稱k/Lmol-1s-1 H2S 3109 NH35 富馬酸 105 硝基苯0.09 CL- 104HOCN10-2 苯酚 103乙酸310-3 隨著人們不斷深入研究臭氧的氧化機理，初步總結出臭氧對各類有機物的臭氧化反應速率的氧化順序：鏈烷基醛醇多環(huán)芳香烴酚胺鏈烯烴。 有機物中存在推電子基團會加快臭氧化反應速率，若存在吸電子基團就會減弱臭氧對有機物的反應活性。間接

4、反應 臭氧高活性在水中極不穩(wěn)定，半衰期從幾十秒到幾分不等，取決于pH值、水溫、水中有機物和無機物的濃度。 臭氧在水中的分解是模擬一級動力學模型。 -(dO3/dt)pH=kO3 k是給定pH值得擬一級反應速率常數(shù)。間接氧化反應的路徑是自由基反應：第一步是臭氧的分解，形成一系列的次生氧化劑（主要為OH）。第二步是OH無選擇性地同水中的溶解物發(fā)生快速反應 （k=108 1010Lmol-1s-1 ) 。間接反應機理分析：（1）Hoigne,Staeheclin和Bader機理 臭氧在水中的分解反應是產(chǎn)生自由基的鏈式反應過程。鏈引發(fā)的反應物主要分為兩類：a 臭氧與水中的OH- 反應生成 和 ;b 水

5、中的雜質M會引發(fā)臭氧分解從而產(chǎn)生另一些自由基(OH、 、 )。 臭氧在水中的分解機理2HO2O3O3HO（2）Gordon,Tomiyasu,Fukutoml機理鏈引發(fā)是兩個電子傳遞過程或者臭氧的一個氧原子傳遞至氫氧根離子，臭氧分解機理步驟如下： O3+OH- +O2 + O3 + + OH- +H2O O3 + +O2 + H2O +O2+ OH- + +HO2 + O3 +OH- + O3 +O23O2HO2O2HO2HO2HO3O2HO2O2O3O3O3OOH3OOHOH臭氧技術在水處理中應用簡介臭氧技術缺點有：（1） 臭氧技術的操作費用比較高。 a 臭氧發(fā)生器的電耗 b需配置氣體凈化裝置 c 臭氧處理單元材質要求高（2） 臭氧的氧化性具有選擇性，難徹底去除水 方法中的化學需氧量（COD）和總有機碳量 飛方（TOC）。 針對臭氧缺陷改進（1）臭氧與其他常規(guī)水處理單元相結合。 O3-活性污泥 O3-活性炭吸附O3-生物膜O3-絮凝-O3O3-超聲波O3-氣浮O3-生物活性炭O3-絮凝-生物膜O3結合工藝（2）引發(fā)臭氧分解產(chǎn)生比臭氧活性更高，并且基 本無選擇性地各類自由基（主要為OH）。 OH的三種典型反應機理總結（1）臭氧處理污水非常符合綠色化學的要求，在將來實際