臭氧氧化技术在水处理中的应用研究
杨威
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杨威 ,. 臭氧氧化技术在水处理中的应用研究[J]. 水资源科学研究,2022.1. DOI:10.12721/ccn.2022.157010.
摘要:
近年来,各行各业建设的发展迅速,水是不可再生资源,随着社会的进步和发展,环境问题已成为我国当前不可忽视的重大问题。为缓解水污染改善生态环境,本文针对臭氧氧化技术在水处理中的应用,重点探讨了臭氧氧化技术在水处理中的重要性,总结了臭氧氧化及催化氧化在含油废水、工业有机废水、食品废水以及生活饮用水处理中的效果和关键因素。为不断减缓现代水资源的污染,需要专业技术人员为可持续发展道路而不断努力。
关键词: 臭氧氧化技术;水处理;应用研究
DOI:10.12721/ccn.2022.157010
基金资助:

引言

目前,从我国国情上来看,水,人们生活中绝对离不开的一种资源,同样也是全人类赖以生存的必要条件,它同时还可以推动人类社会进步。经济技术的持续进步,使水资源成为了整个生态平衡不可或缺的宝贵资源,但是水是不能再生的资源,尤其是有被浪费的水资源,更需要运用一些现代化的技术手段来确保处理后的废水可以达到在重复利用的标准。臭氧氧化技术也属于高级氧化技术的其中一种,用现代化的技术再将臭氧氧化技术进行进一步完善,使其拥有更好的效果,能够为后期污水处理的技术提高做出贡献。

1研究进展

1.1臭氧氧化法

臭氧氧化技术在去除难降解有机物、色度等领域应用广泛。目前已有许多研究证明臭氧氧化技术对制药、化工等难降解有机废水具有明显的降解效率。在实验室对比研究O3/生物滤池和反渗透(RO)对个人护理产品(PPCPs)的处理效果。此前,有研究表明,O3通过两种氧化机制去除PPCPs,第一是O3直接参与与PPCPs的氧化还原反应;第二是O3在天然有机物(NOM)存在的情况下,形成·OH,然后与污染物进行无选择性的氧化分解过程。Lee的研究表明,O3/生物滤池和RO对有机物去除率较为接近,分别为82%、90%。就处理成本而言,O3/生物滤池比RO更具工程应用方面的优势。采用臭氧氧化法对酿酒废水进行预处理,可生化性(B/C)增强至0.45,满足生物处理要求且COD和色度去除率分别为27.56%和30.12%。采用臭氧氧化法、O3/H2O2、O3/催化剂对石化废水二级出水进行对比研究。结果表明,O3/催化剂能选择性地去除小分子有机物,因此有机物去除率较高;单一臭氧氧化将大分子有机物转化为小分子产物,矿化程度较低;O3/H2O2对不同分子量有机物的降解选择性较低。

1.2催化臭氧氧化法

1.2.1均相催化臭氧氧化法

催化臭氧氧化技术于1972年首次应用于水中污染物降解。以Co2+、Ti2+、Mn2+等过渡金属离子为催化剂的臭氧氧化处理城市污水发现,催化剂的存在能够显著提高O3利用率和污染物去除率。利用O3/H2O2工艺氧化降解煤化工废水中对苯二酚,对苯二酚去除率高达100%,TOC去除率为39%。以O3/UV协同技术处理中低浓度氨氮废水。研究发现,pH是影响氨氮去除率的重要因素。当pH≤9时,O3与氨氮直接反应;当pH>9时,碱性条件下·OH快速产生,此时·OH对氨氮进行氧化降解。另外,高温条件下的O3平均分子动能增加,使其易于在UV催化作用下分解产生·OH。氨氮在最佳工艺条件下去除率可达96.2%,且O3/UV协同处理氨氮效果较单独使用O3提高了37.4%。在臭氧氧化法处理废水中,O3投加量、催化剂类型、pH是影响处理效果的重要因素。因此在实际水处理应用中,出于处理效果和经济性考虑,选用合适的处理条件至关重要。

1.2.2非均相催化臭氧氧化法

随着基于臭氧氧化的处理技术的研究发展,非均相催化臭氧氧化的优势愈发明显。与均相催化剂相比,非均相催化臭氧氧化更清洁、经济、环保。在25℃和pH5.5的条件下,采用O3、O3/Mn2O3、O3/FeOOH、O3/CeO2体系处理石油精炼废水(SPRW)。结果表明,三种催化剂均能提高废水的有机物去除率,按去除率由高向低排序为:O3/Mn2O3>O3/CeO2>O3/FeOOH>O3。研究了O3/Mn2O3和O3/α-Al2O3体系对水溶液中腐殖酸的去除效果和机理发现,自由基反应和表面吸附都是去除腐殖酸的重要过程。Mn2O3对O3的催化分解效果比α-Al2O3更好。当溶液pH为5.5时,Mn2O3对腐殖酸的吸附作用不如Al2O3,但是Mn2O3对O3的分解速率比Al2O3更高;当pH高于5.9时,O3/Mn2O3体系对有机物的去除效果更显著。制备了4种尖晶石铁氧体MFe2O4(M为Co、Cu、Ni和Zn),用于催化处理页岩气开采出水(PW)。PW主要有机成分为芳香烃和链状烃,B/C小于0.1,是典型的难降解废水。分别用CoFe2O4、CuFe2O4、NiFe2O4、ZnFe2O4作为催化剂臭氧氧化处理PW,结果表明,单纯的臭氧氧化对COD的去除仅15%,B/C仅0.1;而加入催化剂的催化氧化体系对COD的去除率均高于30%,B/C迅速升高达到0.3,使PW的可生物降解性大大提高。另外,当5.0<pH<8.0时,催化性能与pH正相关,当8.0<pH<10.0,催化性能稳定,当pH>10.0时,催化性能与pH负相关。以MgO作为催化剂催化臭氧处理煤化工废水生化出水。结果表明,MgO对水中O3的分解有促进作用;当pH值接近pHpzc即pH为7.6时,系统对COD的去除率达到75.1%。另外,在碱性条件下,MgO表面呈脱质子化状态,造成表面中性羟基自由基密度减少,而O3的快速分解更依赖于中性羟基密度。因此在中性溶液中,·OH较碱性条件下生成速率更高。

2臭氧氧化技术在水处理中的应用

2.1含油废水处理

结合臭氧氧化技术为主来进行分析,在此操作上主要通过炼油来控制好废水处理,为了能够合理的控制好,同时还要不断的优化生物能力;在此操作上,需要结合双膜工艺来完善深度处理,对于含油废水来说,主要是以浓盐水而不断提高,通过催化剂和臭氧氧化反应来进行组合,深度处理炼油的效果,满足整个含油废水当中的合理利用,同时还要按照国家的标准进行实施。

2.2工业有机废水处理

在水资源的使用上,特别是工业用水上,需要关注臭氧在有机废水处理中的应用。专业的工作人员应该依托科学手段进行技术合理性探讨分析,在完善生化处理效率操作的基础上,通过合理控制,降低废水处理技术的经济成本,进一步通过催化作用来完善氧化处理效果。通过实际处理来分析,因此整个流程就是按照工业废水中的物质进行分析,按照臭氧氧化所需时间,控制在足够时间内,使得臭氧具备专业的氧化作用。还可以结合废水的一些不饱和的基因来转换有机物,降低小分子的浓度,处理好生物出水,促进工业废水处理的发展。其次,可以合理的优化臭氧氧化技术在印染废水处理中的应用,该技术的研究主要通过合理的活性氧化来完善整体的试验,通过载铁型的催化剂来提高工业中的活性。

2.3食品工业废水处理

对于食品的应用上,就目前来说大多数食品含有大量的添加剂,对食品废水进行处理时,由于食品中含有大量的杂质和有色物质,因此需要对食品废水含量进行分析。由有利于废水处理角度而言,还要不断的控制好添加剂的应用。对于一些比较复杂的食品废水来说,其中的杂质需要通过臭氧氧化技术的应用,不断的接触臭氧和水解酸化,控制好整个工序处理过程,可以实现合理的食品废水处理和提高臭氧使用效率。

2.4生活饮用水的处理

在生活饮用水处理上,大多数的生活用水来源生态环境,在臭氧氧化基础上,可以结合羟基自由基来强化氧臭氧技术效果,同时还要结合化学结构来控制其中的复杂性,对难去除有机物质进行处理。在饮用水当中,最常见的是污染物质是脂肪类和腐殖酸类等,这些物质对于单一的臭氧氧化技术而言,氧化效率较为低下,臭氧催化氧化的利用可以呈现出明显的优势。臭氧催化氧化在生活饮用水的处理中,通过投加过渡态金属类物质,产生羟基自由基来提高臭氧氧化能力,从而提高出水水质,使得我们的生活饮用水能够更好的使用,保障人们在使用过程中更加安全和稳妥。

结语

综上所述,近年来经济技术的进步,是为了更好的完备水处理技术的运用,应该重点关注臭氧氧化技术的推行及应用,以最完善的处理效果来应用。技术水平是完备应用的重点,同时还要一直向国外学习更好的技术应用,与我国的国情相融合,整理我国废水处理,给我国的环保事业大家坚实的基础,最后,还要继续培养专业性的技术人员,使我国的环保事业登上一个新的高度。

参考文献

[1]叶杨.臭氧氧化技术在水处理中的应用[J].资源节约与环保,2019(10):103.

[2]冯计安,邬亮.臭氧氧化技术在废水处理中的应用[J].化工设计通讯,2019,45(06):57+83.

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