臭氧氧化技术PPT幻灯片

1臭氧氧化技术（TechnologyofOzoneOxidation)23★臭氧概述★臭氧在水处理中的应用★臭氧氧化新技术4——臭氧层：人类赖以生存的保护伞；——1840年，德国化学家舒贝因（Schanbein），发现臭氧；——最广泛的用途：消毒剂；——臭氧冰箱、臭氧洗衣机、臭氧空调、臭氧电风扇等等。臭氧概述——背景51.在自然条件下，一般它是淡蓝色的气体，用氧气源人工制取高浓度时，臭氧为白炽色；2.它有一种类似雷电后的腥臭味；3.在标准压力和常温下，它在水中的溶解度是氧气的13倍；4.臭氧比空气重，是空气的1.658倍；5.正常情况下，臭氧极不稳定，容易分解成氧气；臭氧概述——物理性质66.臭氧分子是逆磁性的，易结合一个电子成为负离子分子；7.臭氧在空气中的半衰期一般为20-50min，随温度与湿度的增高而加快；8.臭氧在水中半衰期约为35min，随水质与水温的不同而异；9.臭氧在冰中极为稳定，其半衰期为2000年。臭氧概述——物理性质7——臭氧具有极强的氧化性能，氧化电位达到2.07V，高于氯和高锰酸钾；——理想的绿色氧化药剂：强氧化性，且在水中可自行分解，没有二次污染；——臭氧在水处理中的应用主要是除臭、脱色、杀菌和去除有机物。臭氧概述——特性8臭氧的氧化机理臭氧之所以表现出强氧化性，一方面因为其自身的高氧化性；另一方面是因为在水中形成具有强氧化作用的·OH，它们的高度活性在水处理中被用于杀菌消毒、破坏有机物结构等等。2O3+H2O→·OH+2O2+•HO29臭氧在水中可能引起的反应2O3+H2O→·OH+2O2+•HO210•直接反应：污染物+O3→产物或中间产物有选择性，速度慢；•间接反应：污染物+·OH→产物或中间产物无选择性，·OH（E0=2.8V）电位高，反应能力强，速度快，可引发链反应，使许多有机物彻底降解。臭氧氧化反应途径11——饮用水处理——废水处理——臭氧制备技术——臭氧氧化性能的影响因素12饮用水水源污染物质的种类及其危害污染物种类：1.有机污染物例：三卤甲烷2.重金属污染物质例：锌，镍，铜，铬，镉，汞3.氨氮和藻类等物质污染物的危害：例：三卤甲烷（一般毒性、致癌、致畸、致突变）13臭氧在饮用水处理中的主要作用——消毒——可氧化2-MIB等致臭物质和有色物质，改善臭味，降低色度；——可氧化溶解性铁、锰高价沉淀物，使之易于去除；——可将氰化物、酚等有毒有害物质氧化为无害物质；——可氧化生物难分解的大分子有机物为中、小分子量有机物，使之易于被生物降解等。目标：被污染过的地表水和地下水14臭氧在饮用水处理中的应用三个方面:①消毒、杀菌②除色、臭③无机物和有机物的氧化15饮用水处理——臭氧消毒、杀菌•臭氧能氧化分解细菌内部葡萄糖所需的酶，使细菌灭活死亡。•直接与细菌、病毒作用，破坏它们的细胞器和DNA、RNA，使细菌的新陈代谢受到破坏，导致细菌死亡。•透过细胞膜组织，侵入细胞内，作用于外膜的脂蛋白和内部的脂多糖，使细菌发生通透性畸变而溶解死亡。游泳池消毒16●臭氧杀菌受臭氧的浓度、水温、pH值、水的浊度等因素影响●在实际应用中，臭氧用于自来水消毒所需的投加量一般为1－3mg/L，接触时间不小于5min。●选择性例如对一般细菌、大肠菌、病毒等特别有效，其杀菌能力比氯系列的消毒剂要强几十倍到数百倍。但青霉素菌之类的菌种对臭氧就具有一定的抗药性。●各种常用消毒剂的效果按以下顺序排列：O3ClO2HOClOCl-NHCl2NH2Cl17臭氧消毒的优缺点优点缺点消毒速度快、效果好造价高，费用比氯贵增加了水中的溶解氧不能长时间维持剩余臭氧降低水中的BOD和COD必须在使用现场产生要求的臭氧浓度不高设备复杂，操作及维修麻烦不生成毒性化合物水质水量变化时，调节投加量困难18项目液氯二氧化氯臭氧需要处理时间10~30分钟比液氯稍快5~10分钟对细菌的有效性有有有对病毒的有效性有一些有一些有设备投资最低比液氯高，比其它方法低许多液氯的5倍运行费用最低比液氯高，比其他方法稍低比液氯高优点1价廉2技术成熟3有保护性余氯4有持续杀菌的能力1价廉2可现场制造，技术成熟3有持续杀菌能力1除色臭味快2广谱杀菌消毒，消毒效率是氯消毒的15倍3无二次污染缺点1产生致癌物2其氧化性对人体有害3有刺激性气味并损害人体皮肤气态的二氧化氯是剧毒的化合物，对人体有害1价格贵2无持续杀菌能力3安全要求高适合类型所有类型的污水处理或给水处理所有类型的污水处理或给水处理1适合所有场合水处理的杀菌和消毒2空气消毒3器械表面消毒臭氧与其它消毒技术的比较191.脱色：使水得到深度脱色处理天然水体的色度是因为水体中存在带色的腐殖质；污染水体的色度主要由溶解性有机物、悬浮胶体、铁锰、藻类及其代谢物和颗粒物引起饮用水处理——除色、臭202.除臭：臭味多是由人工污染和水体中微生物代谢所引起曝气法：效果差；活性炭吸附法：能吸附有机物，粉体使用麻烦，粒状需要再生；氯处理：添加量多时有残留会造成危害，降低pH值；臭氧处理：无残留物危害，杀菌和改良嗅觉的双重效果。211.无机物的氧化：从天然水中去除铁、锰饮用水处理——无机物和有机物的氧化222.有机物的氧化：氧化水中有机物，改变某些有机物的分子组成23臭氧在水处理中的应用－－废水处理24•臭氧脱色：臭氧及其产生的活性自由基·OH使染料发色基团中的不饱和键（芳香基或共轭双键）断裂生成小分子量的酸和醛，生成了低分子量的有机物，从而导致水体色度显著降低。•臭氧可氧化铁、锰等无机有色离子为难溶物。•臭氧的微絮凝效应有助于有机胶体和颗粒物的混凝，通过过滤去除。臭氧在水处理中的应用－－废水处理25•臭氧可用来去除COD、BOD，并破坏有害的化学物。•已用于炼油废水中酚类化合物的去除、电镀含氰废水处理、含染料废水的脱色、洗涤剂的氧化等。臭氧在水处理中的应用－－废水处理26臭氧处理废水——循环冷却水的处理循环冷却水：由水作为冷却介质，由换热设备，水冷设备，水泵，管道等组成，并循环使用的给水系统。为了防止盛放循环冷却水的管路发生水垢和腐蚀，一般要加一些化学药剂。常用化学药剂：杀菌灭藻剂；缓蚀阻垢剂；设备清洗剂。27臭氧处理废水——循环冷却水的处理与化学药剂处理法相比，臭氧法具有以下特点：•能有效地控制有机微生物，使循环水中的COD和AOX的数量都被抑制在很低的水平，从而得到优良的水质；•可实现零排污，节约水量，比化学药剂法节约1/2－2/3；•系统内不会产生结垢现象，同时，系统中原来形成的垢也能被有效去除；•臭氧对系统具有良好的缓蚀作用；•运行费用大大低于化学药剂。优点：缓蚀、阻垢、杀菌、灭藻、节水、无污染28循环冷却水的处理——臭氧缓蚀机理•在低浓度含臭氧的水中pH值为8～9，这一条件不利于化学腐蚀的发生；•臭氧是一种强氧化剂，其抑制腐蚀的机理与铬酸盐缓蚀剂的作用大致相似，主要原因是由于由于臭氧分解产生的氧原子与亚铁离子反应后，在表面形成一层含γ-Fe2O3的氧化物钝化膜，能阻碍水中的溶解氧扩散到金属表面，抑制腐蚀反应的进行；•臭氧能有效杀灭噬硫噬铁等微生物，切断了腐蚀源。29循环冷却水的处理——臭氧阻垢机理•臭氧的强氧化作用可以有效地控制循环水中微生物的生长，减轻生物污垢及其引起的垢下腐蚀；•臭氧不能直接氧化碳酸钙、硫酸钙等水垢成分，但能氧化垢层基质中的有机成分，使垢层变松、脱落而起到阻垢作用；•臭氧转化为·OH后的强氧化性能。30循环冷却水的处理——臭氧阻垢机理31臭氧的用途32臭氧的主要应用领域行业应用饮用水自来水杀菌消毒；瓶装、桶装纯净水、矿泉水等饮用水消毒；高楼屋顶水箱的水质处理城市污水处理城市污水处理厂的深度处理娱乐业游泳池水质消毒；营业场所空气净化、环境的消毒医疗业病房、手术间的空气消毒，医疗器械消毒，医疗废水灭菌消毒处理、衣物的消毒化工业工业废水、废气处理；能迅速分解废水中的氰铬盐、酚等；有机染料的脱色家电业臭氧消毒洗涤器、臭氧洗衣机、臭氧消毒碗柜、臭氧洗碗机等33臭氧制造技术1.光化学——紫外线臭氧发生器反应基本过程为：O2＋hν→O+O（λ＝185nm）O2+O→O334臭氧制造技术光化学法产生臭氧的光效率为130gO3/kw•h，是比较高的。但目前低压汞紫外灯的电－光转换效率很低，只为0.6％~1.5％，则紫外法产生臭氧的电耗高达600kwh/kgO3，即1.6gO3/kw•h，工业应用价值不大。优点：（1）对湿度、温度不敏感，具有很好的重复性；（2）可以通过灯功率线性控制臭氧浓度、产量。这两个特性对于臭氧用于人体治疗与作为仪器的臭氧标准源是非常合适的。352.电化学法–电解纯水臭氧发生器利用直流电源电解含氧电解质产生臭氧气体的方法。优点：浓度高，成分纯净，在水中溶解度高例：日本某公司向市场推出了120gO3/h的电解臭氧发生器，电耗150kw·h/kgO3，使这种类型产品达到了工业化应用规模。上海唐锋电器公司研究开发了电解法臭氧发生器系列产品，臭氧浓度可达20％，最大臭氧产量为100g/h。该产品使用纯水电解产生臭氧后在机内直接与水混合形成4-20mg/L高浓度臭氧水。363.电晕放电法–-臭氧发生器目前世界上应用最多的臭氧制取技术，500kg/h以上。制备方法：干燥的含氧气体流过电晕放电区产生臭氧。原料气体：氧气、空气以及含有氮、二氧化碳，或含还有其他惰性稀释气体的含氧混合气体。•臭氧的产生机理：e+O2→2O＋eO+O2+M→O3＋M沿面放电和气隙放电两种。37电晕放电臭氧发生器38臭氧氧化性能的影响因素——臭氧投加量•在有机物浓度一定、连续地通入臭氧的操作中，随单位时间内臭氧通入量的增加，有机物氧化反应速率相应提高。•臭氧投加量不仅取决于水中有机物的性质，还与有机物和悬浮物含量等因素有关。39•被处理水溶液中有机物的浓度较高时，它们与臭氧反应性很强，一旦它与臭氧接触便可发生化学反应。臭氧氧化性能的影响因素——有机物浓度40臭氧氧化性能的影响因素——搅拌速度•提高搅拌速度能使气液混合均匀，减小液膜阻力，增大气液比表面积，强化气液传质效果，有助于气液的接触和反应。•当搅拌强度增大到一定程度后，其对气体的分散效果和对有机物的去除效果的作用将趋于平缓。41臭氧氧化性能的影响因素——溶液pH•臭氧本身的氧化能力与pH值有关臭氧在水中的分解速度随着pH值的提高而加快：pH4时，O3氧化；pH4时，·OH的链式如果pH值提高一个单位臭氧分解大约快3倍pH的变化将改变臭氧氧化反应的作用机理和去除效果42•污水中有机物的物理化学性质与pH值有密切关系•臭氧吸收率与pH值有一定关系：pH值在整个臭氧氧化过程中会变化，在中性或碱性条件下pH值会随着氧化过程而呈下降趋势，其原因是有机物氧化成小分子有机酸或醛之类物质碱性条件下的污染物去除率高于酸性条件臭氧氧化性能的影响因素——溶液pH43•提高反应溶液温度将使反应的活化能降低，有利于提高化学反应速率。•随温度的升高，臭氧自身分解将加速，溶解度降低，从而降低了液相中臭氧的浓度，减缓化学反应速度。•臭氧氧化有机物的反应是一个连串反应，在降解有机物的同时也要对其氧化中间产物进行深度氧化，消耗液相中的臭氧，减缓目标有机物的降解速率。臭氧氧化性能的影响因素——溶液温度一般温度范围：3~30℃44•碱催化臭氧氧化如O3/H2O2，它们是通过HO2-来催化产生·OH而对有机物进行降解•光催化臭氧氧化如O3/UV、O3/H2O2/UV•多相催化臭氧氧化如O3/固体催化剂（如活性炭、金属及其氧化物）臭氧氧化性能的影响因素——催化剂45•臭氧的投加通常在混合反应器中进行，混合反应器的作用有二：（1）促进气、水扩散混合；（2）使气、水充分接触，迅速反应。•设计混合反应器时要考虑臭氧分子在水中的扩散速度与污染物的反应速度。喷射式和水喷式臭氧氧化性能的影响因素——臭氧的投加方式46臭氧技术在应用中存在的问题•低浓度臭氧处理有机物时不能将其完全氧化为二氧化碳和水，而是生成一系列中间产物，如醛、羧酸等；•臭氧溶解度低，限制了臭氧在水处理中的应用；•臭氧极不稳定，水中臭氧浓度为3mg/L时，