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。臭氧可以通過磷接觸、無聲放電、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。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)際開發(fā)出來，但無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)耗竭對臭氧的產(chǎn)率產(chǎn)生不利影響。因此，對臭氧發(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，無機(jī)污染物可以通過電子轉(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。

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

        總的來說，所有這些限制將使基于臭氧的技術(shù)并非沒有缺點(diǎn)。為開發(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固化合物反過來更容易生物降解。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。