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臭氧发生器应用纯净水或者矿泉水消毒效果

2019-08-05 14:21:20
编辑:中辰臭氧
来源:中辰臭氧官网
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臭氧发生器应用纯净水或者矿泉水消毒效果


O3是一种具有特殊的刺激性气味的不稳定气体,常温下为浅蓝色,液态呈深蓝色。O3是常用氧化剂中氧化能力最强的,在水中的氧化还原电位为2.07V,而氯为1.36V,二氧化氯为1.50V 。另外,O3具有较强腐蚀性。 
              O3在空气中会慢慢自行分解为O2,同时放出大量的热量,当其浓度超过25%时,很容易爆炸。但一般臭氧化空气中O3的浓度不超过10%,不会发生爆炸。 
              在标准压力和温度下,纯臭氧的溶解度比氧大10倍,比空气大25倍。0℃时,纯臭氧在水中的溶解度可达1.371g/L。O3在水中不稳定,在含杂质的水溶液中迅速分解为O2,并产生氧化能 力极强的单原子氧(O)和羟基(OH)等具有极强灭菌作用的物质。其中羟基的氧化还原电位为2.80V。20℃时,O3在自来水中的半衰期约为20分钟。             
  2.3臭氧的氧化消毒机理 
              O3溶于水后会发生两种反应:一种是直接氧化,反应速度慢,选择性高,易与苯酚等芳香族化合物及乙醇、胺等反应。另一种是O3分解产生羟基自由基从而引发的链反应,此反应还会 产生十分活泼的、具有强氧化能力的单原子氧(O),可瞬时分解水中有机物质、细菌和微生物。  O3→O2+(O)   (O)+H2O→2OH 
              羟基是强氧化剂、催化剂,引起的连锁反应可使水中有机物充分降解。 
              当溶液pH值高于7时,O3自分解加剧,自由基型反应占主导地位,这种反应速度快,选择性低。 
              由上述机理可知,O3在水处理中能氧化水中的多数有机物使之降解,并能氧化酚、氨氮、铁、锰等无机还原物质。此外,由于O3具有很高的氧化还原电位,能破坏或分解细菌的细胞壁 
,容易通过微生物细胞膜迅速扩散到细胞内并氧化其中的酶等有机物;或破坏其细胞膜、组织结构的蛋白质、核糖核酸等从而导致细胞死亡。因此,O3能够除藻杀菌,对病毒、芽孢等生命力较强的微生 物也能起到很好的灭活作用。 
              2.4臭氧的氧化消毒特性 
              (1)O3作为高效的无二次污染的氧化剂,是常用氧化剂中氧化能力最强的
(O3>ClO2>Cl2>NH2Cl),其氧化能力是氯的2倍,杀菌能力是氯的数百倍,能够氧化分解水中的有机物,氧化 
去除无机还原物质,能极迅速地杀灭水中的细菌、藻类、病原体等。 
              (2)O3消毒受pH值、水温及水中含氨量影响较小,但也有一定的选择性,如绿霉菌、青霉菌等对O3具有抗药性,须较长时间才能杀死。O3用于饮用水消毒时,水的浊度、色度对消毒灭 菌效果有影响,将有相当一部分O3被用于无机物和有机物的氧化分解上。 
              (3)O3去除微生物、水草、藻类等有机物产生的嗅、味,效果良好,脱色能力比Cl2和ClO2更为有效和迅速。 
              (4)投加O3能改变小粒径颗粒表面电荷的性质和大小,使带电的小颗粒聚集;同时O3氧化溶解性有机物的过程中,还存在“微絮凝作用”,对提高混凝效果有一定作用。 
              (5)O3消毒效果好,剂量小,作用快,不产生三氯甲烷等有害物质,同时还可使水具有较好的感官指标。O3对一些顽强病毒的灭活作用远远高于氯,但水中O3分解速度快,无法维持管 网中有一定量的剩余消毒剂水平,故通常在O3消毒后的水中投加少量的氯系消毒剂。 
              (6)O3能将水中不易降解的大分子有机物氧化分解为小分子有机物,并向水中充氧使水中溶解氧增加,为后续处理(特别是生物处理)提供了更好的条件。但从经济上考虑,O3投加量 不可能太高,所以氧化并不彻底,如果后续工艺处理不当,也会产生三卤甲烷等有害物质。 
              (7)在水处理过程中,应尽量不要生成新的三卤甲烷物质,因为三卤甲烷一旦形成,O3也很难将其氧化去除。 
                2.5使用臭氧存在的问题 
              O3氧化能力很强,但也并非十全十美。应用O3也存在着一些问题,O3化会带来副产物。               微污染水源中有机物种类繁多,O3-能与有机物反应生成一系列的中间产物。要对其全部进行检测是非常困难的。因此,世界卫生组织(WHO)采用溴酸根和甲醛作为O3副产物的指标。               由于经济方面等原因,O3投加量不可能大到将大分子有机物全部无机化;另外,即使过量投加O3,也会有其他物质出现,也不可能使有机物全部矿化,因为O3氧化大多数有机物产生的 不完全氧化产物可能阻碍O3的进一步分解,导致O3不可能将这些中间产物完全氧化,如甘油、乙醇、乙酸等。同时,O3不能有效的去除氨氮,对水中有机氯化物无氧化效果。 
              O3处理时与有机物反应生成不饱和醛类、环氧化合物等有毒物质,对人体健康有不良影响。如果水中含有较多的溴离子,O3会将其氧化为次溴酸。次溴酸与卤化消毒副产物的前体物反 应,会产生溴仿和其它溴化消毒副产物。溴离子还能被进一步氧化为溴酸盐离子,从而导致出水呈致突变阳性。臭氧化后水中可同化有机碳(AOC)上升,可能会造成水中细菌的再度繁殖。为了维持管网 中有足量的剩余消毒剂,在臭氧处理后再加氯或氯胺处理会分别生成三氯硝基甲烷和氯化氰,成为新的消毒副产物,其毒性现尚不清楚。对某些农药,O3氧化后的产物可能更有害。                 
 2.6臭氧的制备及经济性分析 
              生产O3的方法有无声放电法、放射法、紫外线法、电解法等。在实际净水厂应用中都采用无声放电法。 
              使氧气(O2-)转变O3,首先需要有很大的能量将O—O键裂解为氧原子。无声放电就是利用高速电子来轰击氧气,使其分解成氧原子:  O2=2O  离解后的氧原子有些合成臭氧:     3O=O3 
              
有些重新合成为氧气,有些则和氧气合成为O3:               O+O2=O3 
              上述反应都是可逆的,生成的O3也会分解成为氧原子活氧气。所以,通过放电区域的氧气中只有一部分能够变成O3,因此生产出来的O3通常指含一定浓度O3的空气,称为臭氧化空气, 并非纯臭氧气。 
              每生产1千克O3理论上需要耗能0.836kW·h;而用空气生产O3时,只有4~6%的电能作了有效功,实际每千克O3耗电15~20kW·h。用纯氧气生产O3的电耗大约可降低一半左右。               根据目前的技术水平,O3的生产原料分为空气、纯氧气、液氧三种。 
              采用液氧一般适用于中小规模(臭氧量<50kg/h)。采用变压吸附法或负压吸附法现场制取纯氧,适用于臭氧量>50kg/h的规模。利用干燥空气制取O3,获得的臭氧浓度一般在1~3%;而 利用纯氧或液氧生产的臭氧浓度可达10%左右,而且空气制取O3的电耗约为另外两种方法的2倍。               据有关报道,利用干燥空气、现场制纯氧、购买液氧三种方法制取O3,每千克O3的生产成本分别约为16.0元、12.0元和17.3元。可见现场制取纯氧的办法成本最低。若按投加量5mg/L计 ,每吨水采用O3的处理成本为0.06元。 
              实际工程中,O3多不单独使用,常与颗粒活性炭联用对饮用水进行深度处理,即臭氧——活性炭水处理工艺,效果良好。对其生产成本进行分析,水厂规模在5~40万吨/天时,因采用 
臭氧——活性炭工艺而增加的制水成本在0.10~0.15元/吨之间。根据我国各自来水厂的供水状况,从提高水质和人们的生活水平考虑,这种工艺是完全可以接受的。                
              总体上说,虽然应用O3时有副产物生成,但一般情况下浓度不高,毒性问题也不严重。根据目前的研究,无论在副产物的生成量和毒性,还是在出水的致突变活性方面,O3都比Cl2和 ClO2理想。 
              结论 
              1.ClO2和O3都是高效的氧化消毒剂,其氧化消毒能力受pH值及水中氨氮的影响均较小,消毒都不会产生三氯甲烷,,是液氯消毒的理想替代产品,。 
              2.ClO2比O3具有更高的稳定性,同时又比氯具有更强的消毒能力;但氧化能力比O3差。但用臭氧消毒时,为了维持管网中的持续消毒能力,需要采用氯、氯胺、二氧化氯等作为辅助消 毒剂。 
              3.为避免生成三卤甲烷难以去除,在原水腐殖质、藻类、酚含量高的水厂,建议使用ClO2或O3进行预处理。 
              4.水处理中采用O3要比采用ClO2成本略高,但从水质来讲,采用臭氧——活性炭工艺要比采用ClO2好。就经济水平而言,这两种改进水质的方法都是可以接受的,各水厂可以根据具体 情况采用相应的的措施。 
              5.由于ClO2和O3氧化能力都很强,并都具有毒性和腐蚀性,在使用中宜注意安全防护措施。
 

 
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