臭氧氧化对污水的脱色原理
臭氧(O3)污水处理技术于1905年应用于水处理,随着相关技术的进步,臭氧化法成本的降低,被普遍认为是很有发展前景的水处理方法。由于其技术经济的优势,已经在广泛应用了,取得了一些研究和工程的应用的成果。
臭氧的特性
常温下臭氧为蓝色气体,略溶于水,溶解度比氧大13倍,臭氧在水中溶解度为28.8 mL/L (0 ℃),23.6 mL/L (10 ℃),18.7 mL/L (20 ℃),16.1 mL/L (30 ℃)。臭氧不稳定,在常温下即可自行分解,臭氧在含有杂质的水溶液中迅速分解为氧气,臭氧在自来水中的半衰期约为20 min (20 ℃)。
01 臭氧脱色的能力
臭氧对所有染色废水都有脱色能力。03可破环这些染料的发色和助色基团,从而达到脱色效果,但03对各种有机染料的作用是不同的。对碱性染料脱色90%需反应2分钟,而对直接染料则需5分钟。相比之下,偶氮染料更容易被氧化。03用于对色素的脱色反应可从臭氧对共轭л-电子系的氧化分解予以说明。染料中常见的基本组成为邻羟基偶氮色素。这些化合物与03反应时,先是03对肼撑体(溶液中几乎总是以此形式存在)进行亲电子攻击。又如羟基苯甲烷系色素的酚酞通过内酯环的可逆性开、闭环产生颜色与失色,从而可用作指示剂。碱性酚酞易与03起反应。03在电子丰富的C=C键位进行1.3一加成反应,可切断色素骨架从而脱色。03与典型的三苯基甲胺系色素之孔雀绿反应时,同时攻击二甲胺部位的氮和碳骨架(C=C键),此与酚酞反应时相同。带有C=N键的甲系色素与03反应时,03对C=N键氮原子进行亲电子性反应。03同时攻击C=N键和二甲胺基生成嗯唑烷环,共轭被切断而脱色。
随着对自来水水源环境及下水道二次处理水再利用的关注,二次处理水去色受到重视。
至于腐殖质引起的色和味,水质色度平均为10度。达20度。这样的色度靠一般凝聚沉淀与砂滤工序是达不到充分去除的水质标准,甚至还有超过坏标准的可能。采用臭氧处理后,色度即可降到1度以下,一般自来水着色原因是铁、锰含量过多,这些金属如处于游离状态,则常规方法即可充分去除。若原水中含有腐殖质,有时形成铬盐,以常规处理便相当困难。故去色也是引入臭氧处理的重要因素。
02 臭氧脱色的原理>>
随着分子生物学的蓬勃发展,微生态学就将生态扩展到分子水平。其实无论蛋白质或核酸分子均属有机物,它们都是由碳、氢、氧、氮及磷或硫(C、N、O、N、P或S)组成,同时,病毒的衣壳体是由许多蛋白质亚单位即壳微粒组成。每个壳微粒之间由非共价键连结,并对称缠绕在一起,蛋白质则由多链组成,核酸又由连在一起的核苷酸链组成。
其中.OH,从整体看,它是电中性的(R-OH),但若从基团的内部看,它的一部分带有更多的负电荷(如氧原子),因基团的这部分(R-OH)有“额外”的成键电子,所以带负电:另一部分带有更多的正电荷(如氢原子),基团的这部分缺乏成键电子,所以带正电。若有另一个相似的基团靠近,正、负电荷之间互相吸引便生成一个弱键,即称氢键,如多肽的基团之间或核苷酸的硷基之间以及在DNA或RNA分子里的硷基配对均容易形成氢键。虽然单个氢键非常弱.但是很多氢键在一起.从而构成植物细胞坚韧的细胞壁。
现在看臭氧,它是属于强氧化剂,氧化电位高(2.07ev)。凡电负性高的元素能强烈地吸引电子,氧化对方,还原自己。氧化结果,导致核酸分解,蛋白质解体,抗原变性,检测,色度褪尽。
03 臭氧具有很强的除臭、去异味能力>>
在污水处理工艺过程中产生气味的物质主要由碳、氮和硫元素组成。只有少数产生气味的物质是无机化合物,如氨气、磷、硫化氢;大多数产生气味的物质是有机化合物,如低分子脂肪酸、胺类、醛类、酮类、醚类等,这些物质都带有活性基团,容易发生化学反应,特别容易被氧化,利用臭氧具有强氧化性这一特点,氧化活性基团,气味消失,从而达到除臭的原理。
有报道,03负荷在l-3mg/mgC(即TOC,总的有机碳)时,水中颜色几乎全部被去除;一般原水、色、嗅、味较低,故03投加量只需l-3mg/L,接触时间10--15分钟即可。据报道:在我国研究表明,在原水色度高达1800-2500倍,COD为1100-1800mg/t,时,在特定条件下,15分钟内脱色率达99%,COD去除率接近90%。影响03脱色的重要因素是PH值。据研究,废水的PH值降低时,03用量也下降,所以03脱色在低PH下进行。在实际应用中,如用03处理地下水.则当铁、锰完全氧化时,与03的用量比,分别为0.48mg 03/mg Fe和0.88mg 03/mg Mn。在高浓度Mn+2水中(1.10mg/L),当二者摩尔比为1:l时,氧化率为95%,而在低浓度Mn+2水中(<0.5mg/L),该比值为0.5时,即可去除90%以上的锰。
臭氧脱色的效果可以说是的,臭氧只有在水体脱色的情况下才可以看到臭氧直观的处理效果。因为臭氧是气体所以处理别的问题的时候是无法用眼睛直接观看出来的。臭氧脱色处理污水,臭氧是处理水体中的化学需氧量COD,然后才能处理色度,有些客户的水样颜色本来不是特别的严重,但是臭氧处理的时候没有想象中的那么迅速处理好,因为水体中COD的含量过高,臭氧会处理水中的COD然后在处理水体中的色度。
臭氧脱色,臭氧在给水体净化脱色的时候有些会产生大量的泡沫,这是因为水中COD的含量过高,水体的泡沫是在去除COD的过程中,如果COD过高的情况下,可以前期加装一个絮凝沉淀的方式来去除大量的COD然后在进行脱色,这样COD的浓度降低了,臭氧处理水体的色度值就会变的很快,可以直观的看到臭氧处理水体的净化速度。
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