高級(jí)氧化技術(shù)-臭氧研究(與“臭氧”相關(guān)文檔共16張)

臭氧氧化污水處理技術(shù)

臭氧分子第1頁，共16頁。目前國內(nèi)污水影響環(huán)境問題嚴(yán)重內(nèi)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

蘭州段黃河第2頁，共16頁。污水處理主要方法分類物理法化學(xué)法生物法離心沉淀氣浮法

重力沉淀化學(xué)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(shù)第3頁，共16頁。臭氧高級(jí)氧化技術(shù)臭氧高級(jí)氧化技術(shù)：是指通過化學(xué)和物理化學(xué)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(zhuǎn)化成低毒的易生物降解的中間產(chǎn)物，或?qū)⑵渲苯拥V化成無機(jī)物。優(yōu)點(diǎn)：該技術(shù)具有高效、徹底、使用范圍廣、無二次污染等特點(diǎn)。第4頁，共16頁。a臭氧發(fā)生器的電耗b需配置氣體凈化裝置·OH的三種典型反應(yīng)機(jī)理親核反應(yīng)。優(yōu)點(diǎn)：該技術(shù)具有高效、徹底、使用范圍廣、無二次污染等特點(diǎn)。（2）臭氧的氧化性具有選擇性，難徹底去除水方法中的化學(xué)需氧量（COD）和總有機(jī)碳量飛方（TOC）。（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(zhì)的反應(yīng)。k是給定pH值得擬一級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)。第二步是·OH無選擇性地同水中的溶解物發(fā)生快速反應(yīng)臭氧在水中的分解是模擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。臭氧與不同物質(zhì)的反應(yīng)速率分析k/L?mol-1?s-1+→O3+OH-+H2O→+O2+OH-（2）臭氧的氧化性具有選擇性，難徹底去除水方法中的化學(xué)需氧量（COD）和總有機(jī)碳量飛方（TOC）。反應(yīng)機(jī)理分為：克里吉（Criegee）機(jī)理、親電反應(yīng)目前國內(nèi)污水影響環(huán)境問題嚴(yán)重臭氧氧化機(jī)理臭氧通過兩種不同的途徑與物質(zhì)反應(yīng)分為：

直接氧化和間接氧化不同的反應(yīng)途徑產(chǎn)生不同的氧化產(chǎn)物而且受不同動(dòng)力學(xué)機(jī)理控制：（1）臭氧分子通過親電或親核作用直接參與反應(yīng)。（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(zhì)的反應(yīng)。第5頁，共16頁。直接氧化臭氧直接氧化有機(jī)物是一種有選擇性、低反應(yīng)速率的反應(yīng)。反應(yīng)機(jī)理分為：克里吉（Criegee）機(jī)理、親電反應(yīng)親核反應(yīng)。（1）克里吉機(jī)理由于臭氧具有偶極結(jié)構(gòu)，不飽和鍵與臭氧分子的反應(yīng)導(dǎo)致鍵的斷裂。

不飽和鍵與臭氧的水相反應(yīng)第6頁，共16頁。（2）親電反應(yīng)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(tuán)的芳環(huán)分子，在苯環(huán)的鄰位和對(duì)位上的碳原子的電子云密度相對(duì)較高，較易受到攻擊。（3）親核反應(yīng)親核反應(yīng)的機(jī)理與親電反應(yīng)相反，臭氧分子中含負(fù)電荷的氧原子會(huì)攻擊那些含有吸電子基團(tuán)的碳原子。

第7頁，共16頁。不同的反應(yīng)途徑產(chǎn)生不同的氧化產(chǎn)物而且受不同動(dòng)力學(xué)機(jī)理控制：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(jī)物和無機(jī)物的濃度。臭氧在水中的分解機(jī)理+O3→++H2O→+O2+OH-+H2O→+O2+OH-（2）臭氧的氧化性具有選擇性，難徹底去除水方法中的化學(xué)需氧量（COD）和總有機(jī)碳量飛方（TOC）。b水中的雜質(zhì)M會(huì)引發(fā)臭氧分解從而產(chǎn)生另一些自由基(·OH、、)。臭氧在水中的分解是模擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。直接氧化和間接氧化a臭氧與水中的OH-反應(yīng)生成和;鏈引發(fā)是兩個(gè)電子傳遞過程或者臭氧的一個(gè)氧原子傳遞至氫（1）臭氧與其他常規(guī)水處理單元相結(jié)合。臭氧與不同物質(zhì)的反應(yīng)速率分析

物質(zhì)名稱k/L?mol-1?s-1物質(zhì)名稱k/L?mol-1?s-1H2S3×109NH3~5

富馬酸~105

硝基苯0.09CL-

＞104HOCN＜10-2

苯酚~103乙酸＜3×10-3

隨著人們不斷深入研究臭氧的氧化機(jī)理，初步總結(jié)出臭氧對(duì)各類有機(jī)物的臭氧化反應(yīng)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(jī)物中存在推電子基團(tuán)會(huì)加快臭氧化反應(yīng)速率，若存在吸電子基團(tuán)就會(huì)減弱臭氧對(duì)有機(jī)物的反應(yīng)活性。第8頁，共16頁。間接反應(yīng)

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(jī)物和無機(jī)物的濃度。臭氧在水中的分解是模擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。

-(d[O3]/dt)pH=k[O3]

k是給定pH值得擬一級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)。間接氧化反應(yīng)的路徑是自由基反應(yīng)：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(yīng)（k=108~1010L?mol-1?s-1

)。第9頁，共16頁。間接反應(yīng)機(jī)理分析：（1）Hoigne,Staeheclin和Bader機(jī)理臭氧在水中的分解反應(yīng)是產(chǎn)生自由基的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)過程。鏈引發(fā)的反應(yīng)物主要分為兩類：a

臭氧與水中的OH-

反應(yīng)生成和;b

水中的雜質(zhì)M會(huì)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(jī)理第10頁，共16頁。（2）Gordon,Tomiyasu,Fukutoml機(jī)理鏈引發(fā)是兩個(gè)電子傳遞過程或者臭氧的一個(gè)氧原子傳遞至氫氧根離子，臭氧分解機(jī)理步驟如下：

O3+OH-→+O2

+O3→++OH-→+H2OO3+→+O2

+

H2O→+O2+OH-

+→+HO2+→O3+OH-+O3→+O2第11頁，共16頁。臭氧技術(shù)在水處理中應(yīng)用簡介臭氧技術(shù)缺點(diǎn)有：（1）臭氧技術(shù)的操作費(fèi)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(zhì)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(xué)需氧量（COD）和總有機(jī)碳量飛方（TOC）。

第12頁，共16頁。針對(duì)臭氧缺陷改進(jìn)（1）臭氧與其他常規(guī)水處理單元相結(jié)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(jié)合工藝第13頁，共16頁。（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）?！?/p>