臭氧化法净水技术的概况及发展前景

臭氧作为一种强氧化剂、消毒剂在工业给水及饮用水的处理，废水的处理和回用等方面已开始得到广泛应用，它可消毒杀菌，使病毒灭活，杀死微生物改变活性污泥的的性能，它可脱色，除臭，除味，改善水的感官性能，可以除去水中各种重金属离子汞、锌、铁、银、锰等可去除水中悬浮固体并使胶体物质改性而易于凝聚、沉淀过滤以降低浊度，可以去除水中酚、氰、硫、油、烷基苯磺酸盐、有机磷、有机氯、木质素、四乙铅、硝基化合物以及各种致癌物质臭氧可作为废水的三级处理方法使其得到回用，它可以和其它水处理工艺单元结合，和超声波，紫外线等新技术结合强化改善各种水处理过程。可以说，直到现在，人们还未掌握它具有的全部作用价值，它是自然界进行生态系统调控的有力武器。

一、国内外臭氧法净水技术的发展

国内外臭氧发生装置的研制情况

臭氧化法水处理技术发展与臭氧发生装置的发展密切相关。制造成本低，耗电少，安全可靠的臭氧发生器是臭氧化法净水技术的发展前提。

臭氧化法净水反应过程的研究

臭氧可以与水中以各种形态存在的物质（溶解状，悬浮状及胶体状物质以及微生物等）起反应。臭氧通过各种物化、生化作用可将水中各种不同的复杂物质变为简单物质，将非极性有机物转变为极性有机物，将有色有机物转换为无色有机物，将高分子有机物变为低分子有机物，将具有低生物降解性能的有机物转变为高生物降解性能的有机物，将亲水性的有机胶体转变为疏水性易凝聚过滤的无机物。臭氧可以将有毒物质转化为无毒性质，可以氧化各种无机物，可以杀死微生物，改变菌胶团和活性污泥的性能等。

臭氧在水中与各种污染物质反应进行的方式有以下几种：

a.由臭氧中氧原子的直接氧化。

b.污染物质与臭氧分子直接反应，产生不稳定的臭氧化物使有机物分解破坏。

c.在氧化反应中从臭氧化气中分离出的氧气的催化作用。

d.臭氧在自行分解过程中产生OH^-基(羟基自由基）的氧化作用。

e.溶解－诱导氧化反应：臭氧与水中含有高浓的溴化物（废水中），锰离子（缺氧的地下水中）激烈反应生成溴酸和高锰酸离子，这些物质可作为二次氧化剂和消毒剂。

上述各种反应形式又可分为受传质速度控制的反应过程和受化学反应速度控制的反应过程。

受传质速度控制的反应过程进行得很快（零点几秒或几秒或更短）称做快速反应。主要反应在液膜附近完成。反应速度直接与传质系数的大小有关，传质系数大则反应效率高，如臭氧消毒，脱色，除酚等都属于这类反应。对水中各种不同污染物与臭氧的反应动力学的研究也在深入进行。臭氧对各种有机物质的氧化顺序为：链烯烃>胺>酚>多环芳香烃>酵(个人认为现代意义是醇）>醛>链烷烃。

水与臭氧接触反应设备的研究

臭氧发生设备从反应机理上选择接触反应设备，应该说，这是更合理的，例如对于快速反应（受传质速度控制的过程）应选用传质系数高的设备，如固体螺旋混合器，而对于受化学反应速度控制的过程（慢速反应），则宜选用能够保证水和臭氧反应所需的接触时间的设备，如鼓泡塔。

二、臭氧在各种水处理过程中的应用

臭氧在工业给水及饮用水处理中的应用

a.消毒处理——杀菌，病毒灭活，杀死微生物等。

b.氧化反应——脱色，除臭，除味，除藻及水生生物，除锰、银、锌、钴，降低浊度，除有机物、卤代化合物、亚硝酸盐，除酚、氰、油、洗涤剂及农药污染等。

c.与其它水处理单元过程联用——与微滤机，混凝过滤处理过程联用去除溶解状及胶体状有机物和水中悬浮固体；与活性炭联用去除有机物并延长活性炭运转周期；与紫外线、超声波联用强化消毒及氧化反应等。

d.用于水产养殖，改善海水及淡水水质等。

臭氧在生活污水及工业废水处理中的应用

a.用于生活污水(包括医院污水)及工业废水的深度处理。

b.用于各种工业废水的处理。

c.用于泡菜盐水、面包废水、家禽养畜业废水处理等。

d.与其它水处理单元过程联用，强化处理过程，减少药剂用量等。

臭氧化法水处理技术的特点是投量少（相对其它药剂法处理），反应快，不产生永久性残余物质，不产生THM及其它致癌物质，同时可以强化或改善水处理工艺中其它处理单元的处理效果。使总体运行费用减少。

三、臭氧化净水技术发展中的问题及发展前景

1.臭氧化法净水技术的技术经济性

臭氧化法净水技术和其它处理工艺一样，费用可分为设备投资费及运行费。其技术经济指标与净化设备的规模有关，也同样存在着处理规模的经济效应。净水设备的产率与发生器的功率愈高，其处理单位水量的费用愈低，甚至可低于常规净水工艺处理的费用。这是因为臭氧化法的净水效率高并可强化其它处理过程的缘故（例如比加氯消毒快600-3000倍）。生产臭氧时的发生器运转情况和生产臭氧使用的空气质量有关。空气处理，液体加压所耗费的电能与装置尺寸和水对臭氧的吸收性能有关，因此也与臭氧－水的接触反应设备的构造有关，这部分电能相当于生产臭氧所需电能的20~60%。生产臭氧的一次性投资费用较高（包括臭氧发生器及相应电气设备，空气处理设备，臭氧的吸收反应设备和仪表量测装置等），有时它可能成为采用臭氧化法净水技术的限制因素。

当臭氧用于水处理时，处理单位水量的成本费取决于臭氧单价，臭氧投加量及臭氧投加方式等。臭氧在工业废水的特殊处理方面，如脱色，除臭，氧化难于被生物降解的有机物，也可起到它的独特作用。

饮用水消毒时，由于在配水管网中不能保持剩余臭氧而引起的争论也曾发生。臭氧消毒处理表明，它在配水网中效果是很好的。而且，为了进一步保证网中的水质，采用臭氧消毒－后加氯的联合处理法以保证管网中的剩余氯也是可行的。

2.臭氧化法净水过程中的中间产物的毒性问题

实践证明，经臭氧氧化后的分子，其生物降解性要比母体高得多。臭氧化法净水工艺不但不会增加毒性，相反它具有降低原有毒性的趋势。实践还表明，经臭氧氧化过的水中不会出现环氧化物和臭氧化物及某些具有毒性的产物，即使这些化合物作为中间产物产生，但它们将继续反应而消失。

臭氧法的发展前景是优秀的，目前却少有人用起此法，大概是因为规模化与安全性的问题吧，如何让臭氧更加经济安全，是个问题。