臭氧發(fā)生器在工業(yè)廢水應(yīng)用中發(fā)展方向研究

 

        臭氧發(fā)生器的規(guī)?；a(chǎn)和臭氧的化學(xué)反應(yīng)性是臭氧技術(shù)廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)。

        因此，有必要總結(jié)臭氧產(chǎn)生的原理，分析臭氧的物理化學(xué)性質(zhì)，這對(duì)指導(dǎo)臭氧的技術(shù)發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。本文綜述了臭氧的產(chǎn)生機(jī)理、臭氧的理化性質(zhì)以及臭氧在水處理中的應(yīng)用。臭氧可以通過(guò)磷接觸、無(wú)聲放電、光化學(xué)反應(yīng)和電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生，主要是氧原子與氧分子的反應(yīng)。然而，臭氧的產(chǎn)生有副反應(yīng)，包括熱分解和活性物質(zhì)的猝滅反應(yīng)，這些副反應(yīng)是造成臭氧耗竭的原因。臭氧在水中的溶解度遠(yuǎn)高于氧，可可靠地應(yīng)用于水和廢水處理。根據(jù)臭氧的共振結(jié)構(gòu)，臭氧分子中一個(gè)氧原子是缺電子的，具有親電性質(zhì)，而一個(gè)氧原子是富電子的，具有親核性質(zhì)。臭氧優(yōu)異的化學(xué)反應(yīng)性也可以通過(guò)臭氧均相和非均相催化分解引發(fā)的自由基介導(dǎo)反應(yīng)間接揭示出來(lái)。由于臭氧的生成可靠，反應(yīng)性能強(qiáng)，臭氧反應(yīng)在飲用水消毒和工業(yè)廢水(含氰廢水、焦化廢水、印染廢水、城市污水)的前、后處理中的應(yīng)用值得深入闡述。對(duì)臭氧反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和應(yīng)用技術(shù)的能量需求進(jìn)行了評(píng)價(jià)。展望了臭氧生成、臭氧反應(yīng)性和工業(yè)廢水臭氧化的發(fā)展方向。

 

        本文介紹臭氧的產(chǎn)生、臭氧的基本物理化學(xué)性質(zhì)及其在水和廢水處理中的應(yīng)用。分子氧激發(fā)生成氧原子和三體碰撞反應(yīng)是臭氧生成的初步反應(yīng)。雖然已有幾種臭氧生成方法被實(shí)際開(kāi)發(fā)出來(lái)，但無(wú)聲放電是更有效和更實(shí)用的臭氧生成方法。然而，臭氧的熱分解和臭氧被氧原子和含氮活性物質(zhì)消耗的化學(xué)耗竭對(duì)臭氧的產(chǎn)率產(chǎn)生不利影響。因此，對(duì)臭氧發(fā)生器采用冷卻放電間隙、混合惰性氣體、脈沖功率等方法來(lái)改善臭氧發(fā)生器的工作條件，使靜音放電的基本特性(電離后雪崩導(dǎo)致?lián)舸┖蛯?dǎo)電通道)保持不變。應(yīng)進(jìn)一步研究放電步驟，以控制放電間隙溫度的升高，從而抑制臭氧的熱分解。

臭氧與多種污染物具有很強(qiáng)的反應(yīng)性，由于其溶解性和化學(xué)反應(yīng)性，臭氧被廣泛用于污染控制。臭氧的溶解行為由氣態(tài)臭氧的分壓、水溫、傳質(zhì)條件、溶解的有機(jī)物或無(wú)機(jī)物以及溶液pH決定，是其在水和廢水處理中廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)。臭氧的其他物理性質(zhì)，如氣味和顏色也可能與其應(yīng)用密切相關(guān)。從化學(xué)反應(yīng)的角度看，無(wú)機(jī)污染物可以通過(guò)電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)或氧原子轉(zhuǎn)移反應(yīng)被臭氧直接氧化。含富電子官能團(tuán)或不飽和官能團(tuán)的有機(jī)化合物可分別通過(guò)親電取代或1,3-偶極環(huán)加成選擇性臭氧化。此外，羰基、碳氮雙鍵或三鍵構(gòu)成的有機(jī)化合物在缺電子位置(如碳原子)也可被氧化。另一方面，自由基介導(dǎo)的反應(yīng)是由臭氧分解引發(fā)的，臭氧分解是由均相和多相催化劑催化的。然而，與催化活性相關(guān)的多相催化劑的主要表面和組成特征尚未完全闡明，這些基本特征與催化劑合成路線之間的標(biāo)準(zhǔn)化關(guān)系尚未建立。

基于臭氧的技術(shù)可以有效地滅活微生物，分解有機(jī)污染物，分別用于飲用水消毒和工業(yè)廢水處理。采用臭氧反應(yīng)與各種氧化或物理分離技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)考慮到具體的廢水指標(biāo)。然而，臭氧化的應(yīng)用在處理水和廢水方面有一些局限性。例如，在分配系統(tǒng)中不能完全抑制生物再生，臭氧消毒會(huì)同時(shí)產(chǎn)生一些dbp。臭氧氧化能力不足嚴(yán)重阻礙了工業(yè)廢水的進(jìn)一步氧化，更終導(dǎo)致小分子脂肪酸和飽和脂肪族化合物的積累。

雖然通過(guò)與多種催化劑的耦合可以提高臭氧對(duì)污染物的氧化去除能力，但在實(shí)際工業(yè)廢水中對(duì)污染物的去除方面的研究較少，需要特別關(guān)注無(wú)機(jī)碳和DOM的自由基清除作用。

        總的來(lái)說(shuō)，所有這些限制將使基于臭氧的技術(shù)并非沒(méi)有缺點(diǎn)。為開(kāi)發(fā)高效、可操作性強(qiáng)、低能耗的臭氧處理技術(shù)，今后的研究重點(diǎn)應(yīng)集中在高效臭氧發(fā)生器、催化劑與臭氧化學(xué)的構(gòu)效關(guān)系、臭氧氧化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)等方面。例如，臭氧反應(yīng)與生物過(guò)濾器的結(jié)合是克服臭氧反應(yīng)基本缺點(diǎn)的一種有希望的嘗試，因?yàn)槌粞躅B固化合物反過(guò)來(lái)更容易生物降解。合成更先進(jìn)的高活性臭氧催化劑是當(dāng)務(wù)之急，以加速臭氧的分解，從而產(chǎn)生含氧自由基。這可以通過(guò)優(yōu)化催化劑的晶體結(jié)構(gòu)、電子性能、化學(xué)成分、形態(tài)和表面狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)。更后，臭氧反應(yīng)器的高性能研究應(yīng)集中在化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)與流體動(dòng)力學(xué)的協(xié)調(diào)、逆流流型的實(shí)際應(yīng)用以及反應(yīng)器多級(jí)串聯(lián)連接的尾氣利用等方面。例如，在快堆內(nèi)部實(shí)現(xiàn)液氣之間的逆流流動(dòng)模式，可以增強(qiáng)水中臭氧的傳質(zhì)，從而在很大程度上加速臭氧的溶解。