1、试析臭氧预氧化技术在给水处理中的应用摘要：随着经济的快速发展，环境资源污染日益严重。目前我国大部分城市的水源受到不同程度的污染。本文介绍了臭氧预氧化技术在给水处理中的应用，以及臭氧预氧化在强化常规处理工艺过程中起到的作用。表明臭氧具有多方面的除污染效能，对给水处理工艺的发展和饮用水水质的提升有显著促进作用。同时也提出了存在的一些问题，便于今后的研究和应用中进一步改进和完善。 关键词：臭氧，预氧化，给水处理，应用，问题 中图分类号：TQ123.2 文献标识码：A 引言：随着城市化步伐的加快，大部分城市的水源受到不同程度的污染，部分水源处于富营养化状态。部分水源有机物含量高，常规处理工艺对原水中有
2、机物的去除效果有限，一般去除率在 30%以下，且去除的主要为大分子有机物(分子量大于 6000).后续采用液氯消毒时，水中残存的有机物与氯发生取代反应，生成大量的三卤甲烷类物质，使饮用水的安全性受到怀疑。实际生产中，常采用预氧化工艺来强化常规处理工艺对有机物、藻类的去除。 1、臭氧预氛化的研究现状 臭氧是一种强氧化剂，一直以来，臭氧被用作氧化剂和消毒剂，人们在上个世纪就开始使用臭氧对饮用水做消毒处理。但随着对臭氧氧化性能的广泛研究，大量实验表明，在饮用水处理工艺前增加臭氧的预氧化环节可以有效地增强后续工艺的处理效果。臭氧化作为预氧化的一种工艺，它对水体有复杂的影响作用。采用臭氧预氧化可以使有机
3、物得到明显去除，在一定剂量下，臭氧提高浊度去除率的同时，降低了对有机物的去除率；还有些报道指出，臭氧的作用使得有机物平均分子量降低，导致可由混凝去除的有机物分子数目降低，从而影响有机物总体去除率。此外，臭氧在水溶液中的反应，还与溶液的 pH、温度、反应物的结构、浓度以及臭氧的浓度等因素都有关系。 臭氧预氧化在给水处理中的应用 臭氧的氧化能力极强，氧化还原电位为 2.07V，在碱性溶液中仅次于氟。臭氧最早的试验应用是 1886 年在法国用作杀菌剂。20 世纪 60 年代末臭氧开始用于原水预氧化26。预臭氧主要用于脱色除臭、去除藻类和藻毒素、控制氯化消毒副产物、初步去除或转化污染物、助凝等，一般认
4、为其对水质的改善程度取决于原水水质和臭氧化条件等。预臭氧化同时产生一定的醛类、嗅酸盐等有害副产物。 2.1 臭氧预氧化对无机污染物的去除 在采用臭氧预氧化进行给水处理时，可有效去除无机的铁、锰等金属离子。当二价铁和二价锰共同存在时，臭氧首先会被二价铁迅速消耗，所以对含铁和锰的地下水，臭氧投加量较低时，锰离子的氧化率一般较低。地表水中的有机物会影响铁和锰的去除，在投加臭氧剂前应先去除。硫化物和氰化物通过与臭氧反应生成 SO2、H2SO4 和 N2、CO2、H2CO3 等物质从而得到去除。臭氧无法去除水中的氨氮，氨氮含量反而可能会随着臭氧投量的增加而升高。虽然臭氧可将氨氧化成硝酸盐，但在中性条件下
5、反应很慢，臭氧预氧化还可将水中硫化氢氧化成硫酸根，将亚硝酸盐氧化成硝酸盐。 2.2 臭氧预氧化对有机污染物的去除 在利用臭氧预氧化进行水处理过程中，臭氧可以与水中有机物反应，通常使有机物分子量变小，芳香性消失，极性增强，可生化性提高。臭氧与有机物的作用主要有两种途径：一种是和有机物的直接氧化作用；另一种是被分解后的羟基自由基(#OH)间接地与水中有机污染物作用。臭氧的直接反应具有选择性，而间接反应是非选择性的，自由基可与水中多种有机污染物反应。臭氧对 CODMn 的去除率与投加量有很大关系，当臭氧投加量在 0. 5mg/L 以下时，臭氧的主要作用不是将有机物完全氧化，而是将大分子有机物转化成小
6、分子，使溶解性有机物的含量上升，此时CODMn 去除率不高。当臭氧投加量进一步提高后，随着接触时间的延长，部分小分子有机物会被完全氧化，使出水 CODMn 显著降低，去除率可达40%。UV254 可以作为难挥发性总有机碳和总三卤甲烷生成势的替代参数，与 COD、TOC、BOD5 有显著的相关性，可以根据其推断水中有机物总浓度的情况。 2.3 改善感官指标 在进行水处理的时候，关于水的色度的去除，其中比较容易去除的是光吸收和散射引起的表色较易去除，溶解性有机物引起的真色较难去除。致色有机物的特征结构是带双键和芳香环，代表物是腐殖酸和富里酸。臭氧通过与不饱和官能团反应、破坏碳碳双键而去除真色，同时
7、臭氧可氧化铁、锰等无机呈色离子为难溶物。水的嗅味主要由腐殖质等有机物、藻类、放线菌、真菌以及过量投氯引起，现已查明主要致臭物有土臭素、2-甲基异冰片、2，4，6-三氯回香醚等。臭氧通过与其它技术联用的手段，会增加其除嗅味的能力。Toshio 等在原水土臭素、2-甲基异冰片浓度分别为 0.8/L，1.0/L 时，采用 0.5mg/L，2.Omg/L 预氧化对两种致臭物的去除率比采用 2.0mg/L 预氧化的值高 40%。 2.4 助凝 在利用臭氧预氧化对水进行处理的时候，会使水产生絮凝。有关科研人员对此进行了相关研究，发现臭氧预氧化产生絮凝的可能机理是：增加水中含氧官能团有机物(如梭酸等)，使其
8、与金属盐水解产物、钙盐等形成聚合体，降低无机颗粒表面 NOM 的静电作用，引起溶解有机物的聚合作用，形成具有吸附架桥能力的聚合电解质，使高稳定性藻类脱稳、产生共沉淀等。影响预臭氧化助凝效果的主要因素是：原水 TOC、硬度、预臭氧化及絮凝条件、藻类种属及数量、浊度等。不同原水的预臭氧化助凝效应差别较大，对低 Toe 含量(2mg/L)且硬度与 Toe 比值大于25mg/mgTOC 的原水较易于发生微絮凝；对中高 TOC 含量的原水进行预臭氧化或者采用高臭氧量和 pH，则可能产过多高电荷、小分子有机物，不利于改善絮凝和过滤效果。 2.5 臭氧对致病微生物的灭活 众所周知，臭氧是一种强效灭菌氧化剂，
9、对细菌有很强的杀灭作用，灭菌过程属生物化学氧化反应。臭氧分解时释放的新生态氧具有极强的氧化能力，氧化分解细菌内部葡萄糖所必需的酶，使细菌死亡;新生态氧可渗透入细胞膜组织，与外膜的脂蛋白和内膜的脂多糖作用，使细菌发生通透性畸变而死亡;新生态氧直接与细菌、病毒作用，破坏细胞器、DNA 和 RNA，使细菌的新陈代谢受到破坏而死亡。臭氧首先作用于病毒的衣体壳蛋白的四条多肽链，并使 RNA 受到损伤，特别是破坏形成病毒的蛋白质。噬菌体被臭氧氧化后，电镜观察可其表皮破碎成众多碎片，并释放出许多核糖核酸，干扰其吸附到寄存体上。臭氧对病毒及原生动物都有很强的灭活作用。 2.6 控制氯化消毒副产物 在进行水处理
10、时，进行氯化消毒过程中会产生副产物三卤甲烷，富里酸和腐殖酸是主要的前质。有研究报道臭氧氧化通过将腐殖质分解为低分子量化合物，达到降低三卤甲烷生成势(THMFP)的作用。预臭氧化去除氯化消毒副产物(DBPs)前驱物质的效果取决于原水水质及预臭氧化条件，主要是 TOC 及 Br 含量、有机物性质、臭氧投量及时间、水温、pH 等。2.7 控制藻类 藻类问题一直是给水处理中普遍的一个问题。当水中的藻类含量过高时，会直接影响絮凝和沉淀，增加絮凝剂的用量；堵塞滤池，缩短滤池过滤周期；致臭并产生藻毒，和氯作用形成氯化消毒副产物，降低饮用水安全。研究表明预臭氧化可作为除藻的一种预处理方法，它和常规处理及其它技
11、术配合使用是处理富营养化水原水藻类问题的有效途径之一。藻毒素是藻类污染的另一重要方面，在一定条件下臭氧可以有效去除藻毒素，主要取决于臭氧投加量和原水水质。在藻毒素含量均为20Lg/L，保证接触 5 min 后水中存在残余臭氧时，即可将 LR 和 LA 型藻毒素完全去除;而全部去除念珠藻毒素-a 需保证 0. 06 mg/L 的残余臭氧;臭氧对藻毒素综合去除率能达到 96%。 2.8 臭氧化副产物 在利用臭氧预氧化对给水进行处理的过程中，不可避免的会有害副产物，从而影响到水的化学安全性。有机副产物以醛类为代表(其中甲醛最常见)，无机副产物以嗅酸盐为代表。采用预臭氧化工艺的水厂出水中嗅酸盐浓度普遍
12、较高，国外的研究表明，在臭氧投量 1.5mg/L 进水 TOC为 3.0mg/L 左右的条件下，甲醛和乙醛平均生成量分别为 40/L 和 15/L左右。另外大量研究表明，臭氧化会改善水的可生化性，增加水中有机营养基质的含量。虽然残余消毒剂可在一定程度上限制管网中的细菌生长，但在有机营养基质浓度较高时，细菌仍会再度繁殖，并附着生长在管壁上形成生物膜，增加水中细菌总数，而且有些细菌危害性更大，在一定程度上影响自来水的微生物安全性。 3、结语 在水处理过程中运营臭氧预氧化技术，可以提高水处理的质量。臭氧预氧化具有很好的氧化和助凝作用，具有反应时间短、投加量少、氧化能力强的特点。对色度、臭味和浊度有很好的去除效果，有效去除无机的铁、锰等金属离子，减少三卤甲烷的生成势控制消毒副产物，具有较强的除藻杀菌作用。臭氧发生装置的发展降低了电耗和运行成本，促进了臭氧预氧化的推广。 参考文献 1付乐，陶涛，曹国栋，等.饮用水预臭氧化与预氯化对比中试研究J.辽宁化工， 2006， 35(12): 718-721. 2赵亮，李星，杨艳玲臭氧预氧化技术在给水处理中的研究进展J供水技术，2009，3( 4) : 6 10 3代荣，许阳 原水预臭氧化对常规处理工艺的影响J中国给水排水，2006，22( 10) : 57 60
