一、臭氧的性质及其在污水处理中的应用

1、臭氧的物理化学性质

臭氧是由三个氧原子组成的氧的同素异构体。通常为淡蓝色气体，高压下可变成深褐色液体。在标准状态下，密度为2.144g/L。其主要物理化学性质如下。

（1）氧化能力    臭氧是一种强氧化剂，其氧化能力仅次于氟，比氧、氯及高锰酸盐等常用的氧化剂都高。

（2）在水中的溶解度    生产中多以空气为原料制备臭氧化空气（含臭氧的空气）。臭氧在水中的溶解度符合亨利定律。

（3）臭氧的分解    臭氧化学性质极不稳定，易分解。

由于分解时放出大量热量，当浓度在25%以上时很容易爆炸，但一般臭氧化空气中臭氧浓度不超过10%，不会发生爆炸。臭氧在空气中的分解速率随温度升高而加快。浓度为1%一下的臭氧，常温常压下的半衰期为16h左右，所以臭氧不易贮存，需边生产边使用。臭氧在纯水中的分解速率比在空气中的快得多。水中臭氧浓度我3mg/L时，常温常压下的半衰期仅为5~30min。

臭氧在水中的分解速率随pH值的提高而加快，在碱性条件下分解速度快，酸性条件下比较慢。

（4）臭氧的毒性和腐蚀性     臭氧具有特殊的刺激性气味，但在空气中的浓度极低时有新鲜气味，使人感到格外清新，有益健康。当空气中臭氧浓度大于0.01mg/L时，可嗅到刺激性气味，长期接触高浓度臭氧会影响肺功能，工作场所规定的最大允许浓度为0.1mg/L。

臭氧具有极强的氧化能力，除金和铂外，几乎对所有金属都有腐蚀作用。不含碳的铬铁合金，基本上不受臭氧腐蚀，生产上常采用含25%Cr的铬铁合金来制造臭氧发生设备、加注设备及臭氧直接接触的设备。

臭氧对非金属材料也有强烈的腐蚀作用。因此不能用普通橡胶做密封材料，应采用耐腐蚀能力强的硅橡胶或耐酸橡胶。

2、臭氧在污水处理中的应用

臭氧可使污水中的污染物氧化分解，常用语降低BOD、COD，脱色、除臭、除味，杀菌、杀藻，除铁、锰、氰、酚等。

臭氧用于消毒过滤饮用水时，投量不大于1mg/L，接触时间不大于15min，且不受水中氨氮含量和pH值的影响。用于城市生活污水二级处理后的深度处理，臭氧投量一般为10~20mg/L，接触时间为5~20min。处理效果可达：BOD₅降低60%~70%；合成表面活性物质降低90%；致癌物质降低80%。

3、臭氧氧化的优缺点

（1）优点

a、氧化能力强，对除臭、脱色、杀菌、去除有机物和无机物都有显著效果；

b、处理后污水中的臭氧易分解，不产生二次污染；

c、制备臭氧用的空气不必贮存和运输，操作管理也较方便；

d、处理过程中一般不产生污泥。

（2）缺点

a、造价高；

b、处理成本高。

二、臭氧发生器及解除反应设备

1、臭氧发生的原理及方法

目前臭氧的制备方法有无声放电法、放射法、紫外线辐射法、等离子射流法和电解法等。水处理中常用的是无声放电法。

2、臭氧发生器

臭氧发生器通常由多组放电发生单元组成，有管式和板式两类。管式有立管式和卧管式两种；板式也有奥托板式和劳泽板式两种。目前生产上使用较为广泛的是管式。用无声放电法制备臭氧的理论电耗为0.95kWh/kgO_{3，而实际电耗要大得多。单位电耗的臭氧产率，实际值仅为理论值的10%左右，其余能量均变为热能，使电极温度升高。为了保证臭氧发生器正常工作和抑制臭氧热分解，必须对电极进行冷却。通常用水冷和空冷两种方式，管式发生器常用水冷，劳泽板式发生器常用空冷。}

_{3、臭氧接触反应设备}

_{应根据臭氧分子在水中的扩散速率和与污染物的反应速率来选择接触反应设备的型式。臭氧注入水中后，水为吸收剂，臭氧我吸收质，在气液两相间进行传质，同时臭氧与水中的杂质进行氧化反应，因此属于化学吸收，它不仅与相间的传质速率有关，还与化学反应速率有关。臭氧与水中杂质的化学反应有快有慢。水中的杂质，如酚、氰、亲水性染料、细菌、铁、锰、硫化氢、亚硝酸盐等与臭氧的化学反应很快，这时吸收速率受传质速率控制；水中杂质，如COD、BOD、饱和脂肪族化合物、合成表面活性剂（ABS）、氨氮等与臭氧的反应很慢，其吸收速率受化反应速率控制。应根据臭氧处理的对象选用不同的接触反应设备。}

_{根据臭氧化空气与水的接触方式，臭氧接触反应设备分为气泡式、水膜式和水滴式三类。}

_{（1）气泡式臭氧接触反应器    气泡式反应器是一种用于受化学反应控制的气液接触反应设备，是我国目前水处理中应用最多的一种。实践表明，气泡越小，气液的接触面积越大，但对液体的搅动越小。应通过试验确定最佳的气泡尺寸。}

_{根据气泡式反应器内产生气泡装置的不同，气泡式反应器可分为多孔扩散式、表面曝气式和踏板式三种。}

_{a、多孔扩散式反应器    臭氧化空气通过设在反应器底部的多孔扩散装置分散成微小气泡后进入水中。多孔扩散装置有穿孔管、穿孔板和微孔滤板等。根据气和水的流动方向不同又可分为同向流和异向流两种。}

_{b、表面曝气式反应器    在反应器内安装曝气叶轮。臭氧化空气沿液面流动，高速旋转的叶轮使水剧烈搅动而卷入臭氧化空气，气液界面不断更新，使臭氧溶于水中。这种反应器适用于加注臭氧量较低的场合，缺点是能耗较大。}

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