饮用水的安全现在比较让人担忧，臭氧氧化能力强,用于消毒杀菌杀伤力大,速度快;臭氧可氧化溶解性铁或锰,形成高价沉淀物,使之易于去除;可将氰化物、酚等有毒有害物质氧化为无害物质;可氧化致嗅和致色物质,从而减少嗅味,降低色度;可将生物难分解的大分子有机物氧化分解为中小分子有机物,使之易于生物降解;使用臭氧预处理,还可以起到微絮凝作用,提高出水水质;应用臭氧,不会在处理过程中产生有害的“三致”物质。
饮用水处理中臭氧的投加方式包括预氧化、中间氧化和最后消毒。臭氧的预氧化可去除水中的无机物、色度、浊度、悬浮固体、异臭和味,可部分分解有机物并灭活微生物,从而提高混凝Ο絮凝Ο沉淀效果。中间氧化主要是分解有毒微污染物,去除三氯甲烷前体物,并提高有机污染物的可生化降解性。臭氧消毒可灭活水中所有残留的微生物,并使消毒产生的副产物减到最少[12]。2.1 臭氧预氧化
在饮用水处理中,臭氧氧化法处理的适宜对象主要包括杀菌、除嗅、除味、脱色、除铁、除锰、除去微量有机物等。去除有机化合物适量浓度的臭氧氧化对水中有机物总量去除不多,但是出水分子量变小、极性变强、可生物氧化性和可吸附性变强。
水源水中含有的有机物来源于自然界和人类活动,在进入水处理厂前,由人为导致的污染物已经经历了生命或非生命的转化。这部分有机物同饮用水水质及人类健康密切相关,必须加以去除,降低它们在饮用水中的浓度。
通过臭氧氧化反应可以降解多种有机微污染物,其中包括脂肪烃及其卤代物、酚类物质、有机胺化合物和有机农药等,也能产生一些臭氧化副产物,如有机酸,醛(甲醛)等。臭氧对这些有机微污染物的去除情况与有机物的结构及臭氧投量有关。2.1.2 去除铁和锰天然水体中都不同程度地含有铁和锰,它们以可溶性的还原态存在,饮用水中含有一定量的铁和
锰虽然对人体并无危害,但超过一定值时会使水产生异味和颜色,增加水垢,在服装等用品上产生锈斑,甚至堵塞水管和用水设备,应该控制饮用水中铁和锰的浓度。臭氧能有效地将水中溶解性铁、锰等转化成难溶解性氧化物。 但是臭氧与活性炭联用可还原溴酸根,还原后的溴离子,依靠水流的扩散和输移带走。
有代表性的有害氯化消毒副产物(DBPs)主要为三卤甲烷(THMs)和卤乙酸(HAAs)等,世界各国均制定了严格的DBPs标准。预臭氧化通过两个途径控制DBPs:一是直接去除DBPs的前驱物质;二是转化前驱物质,从而利于后续工艺的协同去除,后者在低臭氧投加量ρ(O3)为015mg/L左右下起重要作用。预臭氧化去除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、臭氧投加量及时间、水温、pH值等。HCO3-的存在有利于THMS前体的去除。虽然目前对预臭氧化控制DBPs的效果说法不一,但以降低
臭氧在水处理中的作用是从利用它的消毒作用开始的,目前臭氧仍是加药消毒法中最有效的消毒剂。臭氧的杀菌作用比氯快15～30倍,在灭活病毒方面,由于臭氧的高氧化电位和容易通过微生物细胞膜扩散,所以臭氧能氧化微生物细胞的有机物或破坏有机体链状结构而导致细胞死亡[16]。从而臭氧对过滤性或其他病毒、芽孢等,具有强大的杀伤力,而氯对病毒作用很小或不起作用。用臭氧消毒时对细菌的灭活率都在95%以上,所以经臭氧消毒过的水,其中的病毒实际上已完全失去了活力[1,13]。在水处理中,较传统的氯消毒方法,臭氧消毒还有如下优点:①在消毒的同时可改善水的性质,且较少产生附加的化学物质污染。②不会产生如氯酚那样的臭味。③不会产生三卤甲烷等氯消毒的消毒副产物。④臭氧可就地制造,为了获得它只需要电能[16]。
但臭氧作为消毒剂是有选择性的,绿霉菌、青霉菌之类对臭氧具有抗药性,需较长时间才能将其杀死。单独使用臭氧作为杀菌剂时,由于臭氧在较短时间内分解掉,残留效果小,甚至会出现细菌回升现象,为了改善这种状况,可以考虑辅助加氯。臭氧消毒也是各种消毒工艺中费用较高的一种。2.3 臭氧的联用技术
臭氧虽然能氧化水中许多难降解有机物,但它与有机物的反应选择性差,且不易将有机物彻底分解为CO2和H2O,其产物常常为羧酸类易于生物降解有机物,如:一元醛、二元醛、醛酸、一元羧酸、二元羧酸类有机小分子。因此水处理一般是采用臭氧与其它处理方法联合的工艺来去除难以生物降解的有机物。目前国内外在臭氧氧化及联用技术的研究与应用中有两种趋势,一种是基于臭氧的高级氧化过程,与其它方法联用将臭氧催化转化为氧化性更强的、而反应选择性较低的羟基自由基,如臭氧的超声空化、紫外辐射与过氧化氢的联合作用等;另一种是采用固体颗粒,如二氧化钛、活性炭、金属氧化物为催化剂来加强臭氧氧化,这些方法不另需氧化剂或能源,如臭氧Ο生物活性炭方法,由于联用技术的协
臭氧预氧化能够进一步提高常规给水处理的除藻效果,臭氧是强氧化剂,可以致死藻类或限制它们的生长,对动物性浮游生物的灭活效果好。臭氧氧化可提高后续絮凝、过滤对藻类的去除效果,减少絮凝剂的用量,有一定的助凝作用。臭氧同时具有除色作用,通过与不饱和官能团反应、破坏碳碳双键而去除真色,去除程度取决于臭氧投加量和接触条件;臭氧的微絮凝效应还有助于有机胶体和颗粒物的混凝,并通过颗粒过滤去除致色物。
核心提示：饮用水处理中臭氧的投加方式包括预氧化、中间氧化和最后消毒。臭氧的预氧化可去除水中的无机物、色度、浊度、悬浮固体、异臭和味,可部分分解有机物并灭活微生物,从而提高混凝Ο絮凝Ο沉淀效果。中间氧化主要是分解有毒微污染物,去除三氯甲烷前体物,并提高有机污染物的可生化降解性。臭氧消毒可灭活水中所有残留的微生物,并使消毒产生的副产物减到最少
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