臭氧氧化的联合技术及在水处理中的作用机理

臭氧可以通过多种方式制备，主要有化学、原子辐射、电晕放电等方法，单独使用臭氧虽然可以利用其很强的氧化性能，但由于臭氧直接氧化会有选择性，且受水质pH、悬浮物、氨氮等因素影响，限制了它实际的氧化能力，因此目前普遍采取联合技术工艺来引发自由基形成。

一、臭氧氧化联合技术的类型

1.碱/臭氧联合

高pH条件下丰富的氢氧根离子直接影响羟基自由基的产生，从而直接影响臭氧氧化的间接过程。尤其是如果待处理的废水pH>8，且不考虑碳酸钙沉淀的形成，碱/臭氧氧化联合法处理起来非常有效。

2.过氧化物/臭氧联合

过氧化物，特别是过氧化氢的加入是将单纯的臭氧氧化作用转变为高级氧化工艺最经济、最可行的途径，通过直接往水中加入双氧水，促进臭氧的分解产生更多的羟基自由基。

3.紫外/臭氧联合

主要是以臭氧作为氧化剂，采用紫外光照射，往体系中输送能量使臭氧分解出原子氧，与水快速反应形成激发态的过氧化氢，再反应产生羟基自由基的过程。

4.过渡金属离子/臭氧联合（均相催化臭氧技术）

使用过渡金属离子如Mn(II)、Fe(II) 、Fe(III) 、Co(II) 、Cu(II) 、Zn(II) 、Cr(III)进行催化也称为均相催化法，它的氧化机理可以是金属离子促进臭氧分解产生羟基自由基对有机物进行降解，也可以是金属离子与有机污染物结合形成络合物，再由臭氧对复合物进行氧化。

5.金属氧化物/负载型金属氧化物/矿物材料/活性炭/臭氧联合

（非均相催化臭氧技术）

非均相催化臭氧化过程通过往液相中加入固体催化剂使臭氧分解为羟基自由基，臭氧氧化中的固体催化剂通过将有机污染物吸附在其表面，加速污染物与臭氧的后续反应，也可以促进有机污染物的降解，降解效率取决于催化剂的结构性质，如表面积、孔体积、多孔性和机械强度，以及初始溶液的pH值和反应物的化学结构。

二、臭氧氧化在水处理中的作用机理

1.去除水中无机和有机污染物的氧化作用机理

臭氧可以氧化水中无机物（氰化物、锰离子、铁离子、硫化物、亚硝酸盐氮、氨氮等）和有机物（有机胺、链型不饱和化合物、芳香族化合物、木质素、腐殖质等）。通过直接氧化，将大分子转换成可生化降解的小分子，再通过间接氧化生成活性更强的羟基自由基，快速氧化水中污染物。臭氧在水中的反应方式可分为四类，即氧化还原反应、环加成反应、亲电取代反应和亲核反应。

2.消毒作用机理

    臭氧氧化主要表现在对病毒和致病菌的杀灭作用。

    臭氧对病毒的杀灭作用是直接破坏其细胞器、脱氧核糖核酸和核糖核酸，从而使其失去活性。

    臭氧对致病菌的杀灭作用主要表现在以下3个方面：

1）臭氧作用在致病菌的细胞膜上，增加了细胞膜的通透性，使细胞内容物流失，从而使细胞失去活性。

2）臭氧作用于致病菌的酶系统，致使细胞失活。

3）臭氧破坏致病菌细胞膜内结构，使细菌活力减退，直至死亡。