| 臭氧: 现状与前景 |
|
臭氧: 现状与前景 臭氧应用的前景与其在先进的氧化工艺（AOP）中，以及作为生物泥浆生成抑制剂在带有活性泥浆系统的回流处理设备中的使用紧密相关。 现状：稳定的应用 当前，臭氧主要应用于饮用水的臭氧预处理，工业回流水的脱色、去除表面活性剂及残余COD（化学需氧量），制药、电子和食品工业用水的消毒，以及净化水在工业和农业中的回用。使用这种气体具有很多优点，主要是由于其强大的氧化能力、很少产生泥浆或浓缩物、降解污染物的能力、无二次污染物、对水体总特性改善的能力并提高其可生物降解性、消除处理水的盐度、获得消毒回流的可能性（将有机物质氧化作为处理目的）、通过消毒剂和氧化剂的强烈作用从而避免变质和发酵现象的能力、称量的灵活性及设备安装使用的简易性，从而减少了管理成本和操作控制。 臭氧未来应用的前景与其在先进的氧化工艺（AOP）中，以及作为生物泥浆生成抑制剂在带有活性泥浆系统的回流处理设备中的使用紧密相关。
所谓先进的氧化工艺，是指将紫外线光与氧化物质O3和H2O2在催化剂的作用下或在无催化剂的情况下化合，从而产生形成烃基根的条件的工艺。烃基根的氧化电势为2.8V，比形成氧化作用的各种氧化剂的单独电势都高。这一氧化化合物寿命非常短，可将有机化合物氧化以实现氢离子的分离。 HO. + RH >>> R. + H2O 如此为有机根提供与出现的氧分子反应的条件，从而形成过氧化根。 R. + O2 >>> RO.2 这些中间反应形成一个有机物氧化根的传播，反应的最终产品为二氧化碳和无机盐。 HO. + RX >>> RX.+ OH- 利用O3/UV 与O3/H2O2相结合的AOP为最常使用的先进氧化工艺，用于有效去除水中的有毒和耐热物质、细菌和病毒，以及在造纸工业中进行漂白和脱色。其反应效率超过了单一构成工艺的效率，只要在反应物的设计中考虑到臭氧是一种难以溶解的气体这一因素，因此臭氧与其他氧化剂的接触变得相当重要。此工艺用于去除：苯酚、氯苯酚、腐殖酸和黄腐酸、卤素化合物、乙醛和含氧酸、芳香族及复合杂环化合物、BTX、VOC，等。这些物质在干式催化阶段通过氧化系统。
最近20年，在回流水净化领域，尤其是生物泥浆的管理方面取得了众多进步。然而，当前在回流水管理领域泥浆处理的成本仍然相当高，在某些情况下水处理的总成本会达到50%，有时甚至到60%。关于泥浆的最终排放，目前所采用的解决方案（主要是控制堆放中的限制，以及对垃圾或水泥厂或在农业作业中使用热清除设备焚烧）应遵守相应现行标准所规定的限制，需要很高的成本。因此，针对这一完全未解决的问题，可考虑净化泥浆的管理。对于该问题，替代处理技术的研究已经明确取得了实用成果，解决方案更加有效而成本更低，同时在该技术的应用中会减少泥浆的生成，特别是生物泥浆，其中一些技术已经成功的应用于实际设备中。该技术主要可分为两类：用于分解以及用于降低细菌滋生率。对于第一类，已经获得了不同的经验，主要在试验范围或在实验室中，以及对取自循环水次级沉降系统，或直接取自水路氧化池以及泥浆管路中的生物泥浆进行部分氧化的应用。该技术的应用可大幅度降低生物泥浆的生成（平均从30%到70%），其变化与设备的运行条件和臭氧的剂量相关。同时还发现，泥浆可沉降性的特性也得到了很可观的改善，纤维膨胀和生物泡沫的问题显著减少。臭氧对于生物体的作用，首先是对其细胞形成化学应力，使较弱的细菌细胞溶解或被部分破坏，从而为较强或高级的生物体形成有机培养基。另外，被破坏的细菌需要再生其功能细胞的结构（例如RNA与DNA）；而其重建所需的能量已经被有机材料的氧化所获取，从而减少了细胞复制可用的能量。此种化学应力对于一些以枝状（丝状）结构为主的细菌群会产生更大的作用。因此会降低膨胀现象的发生，而且使残留泥浆的质量得到改善。对于结构更致密（团状）菌落类别，可改进SVI（污泥体积指数），从而提高所产生残余泥浆的沉降性和脱水性。一部分上层的或循环的泥浆会经过一个短暂但高浓度的臭氧处理。臭氧的高氧化能力将细胞材料破坏，从而被更强的生物体新陈代谢掉。采用此工艺，生物净化活动的过程不会被腐蚀，因为其明确的目的是去除生物泥浆最弱的部分，并因此在去除污染物的过程中使实际上活性的部分更加有效。由于细菌细胞溶解所产生的细胞材料可作为有机培养基使用，因此需要考虑到有机负荷在生物处理阶段的入口会有轻微增加，但一般会通过设备良好的性能抵偿。因此，臭氧的使用可以：破坏较强机体的细胞结构，以使营养消耗所产生的能量被细胞恢复所利用，而不是用于其繁殖；使较弱的机体细胞溶解；有利于利用溶解的或被损坏的细胞新陈代谢的“捕食者”（原生动物 – 后生动物）的存活。因此，臭氧技术针对次级泥浆生化降解的使用带来如下优点：减少泥浆的排放量；改善排水的特性；降低化学制品的成本；去除丝状细菌；提高沉降。
|
