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    李辰浩(hao)（北(bei)京師范大學(xue)(xue)第二附(fu)屬中(zhong)學(xue)(xue)  北(bei)京  100192）

　　賈旭原(yuan)（原(yuan)國家城市(shi)給水(shui)(shui)排水(shui)(shui)工程技術(shu)研究中(zhong)心常務副主任 原(yuan)中(zhong)國市(shi)政工程華北設(she)計研究院(yuan)副院(yuan)長 教授；現任北京中(zhong)恒(heng)聯合投資管(guan)理(li)有限公司  董(dong)事長  北京  100048）

摘要：本文對臭氧(yang)(yang)技術(shu)的性(xing)質、氧(yang)(yang)化機(ji)理、作用做了介紹。特別對高污染企業污水處(chu)理和水資源匱乏地區的污水再生提出(chu)了穩定有效的、相輔相成的技術(shu)方案。

關鍵詞：污水；再生水；氧化；脫色；臭氧

Ozone technology in wastewater treatment areas of application development

Lichenhao   Jiaxuyuan

Abstract: This article to the ozone technology nature, oxidized the mechanism, the function has made the introduction.Specially proposed to the high pollution enterprise sewage treatment and the water resources deficient area sewage regeneration stable effective, complements one another technical plan.

Key word: Sewage; Resurgent water; Oxidation; Decolorization; Ozone

一、前言

　　水(shui)資源匱乏、水(shui)體(ti)污染(ran)嚴(yan)重是(shi)(shi)目前世界普遍(bian)面臨的(de)倆大(da)難題(ti)。如(ru)何(he)(he)節省水(shui)資源的(de)消耗、如(ru)何(he)(he)減(jian)少污染(ran)物的(de)排放、如(ru)何(he)(he)更大(da)限(xian)度的(de)污水(shui)再(zai)生是(shi)(shi)很多(duo)人正在思考(kao)和(he)解決的(de)問題(ti)。

　　本(ben)人通(tong)(tong)過(guo)在(zai)國(guo)家級給排水技(ji)(ji)術(shu)研究機構的(de)(de)實(shi)(shi)習、通(tong)(tong)過(guo)在(zai)市政設(she)計院的(de)(de)溝通(tong)(tong)和調(diao)研、通(tong)(tong)過(guo)對多個污水處(chu)理(li)廠的(de)(de)參觀(guan)和調(diao)查(cha)，特別是實(shi)(shi)際參與了咨詢公司在(zai)江蘇、新疆(jiang)等地項(xiang)目實(shi)(shi)施方案的(de)(de)論證，就(jiu)臭氧(yang)技(ji)(ji)術(shu)的(de)(de)拓展應用(yong)提出了自己的(de)(de)觀(guan)點(dian)并且(qie)已經(jing)部分得以實(shi)(shi)施。

二、臭氧的特性：

　　1、強氧化性

　　臭氧(yang)(yang)的(de)(de)氧(yang)(yang)化能力(li)幾乎是目前(qian)所知氧(yang)(yang)化劑中最強的(de)(de)。同時(shi)臭氧(yang)(yang)在(zai)水中的(de)(de)分(fen)解速度(du)很(hen)快(kuai)．在(zai)含(han)有(you)雜(za)質的(de)(de)水溶液中能迅速回復到氧(yang)(yang)氣的(de)(de)狀態，其衰期為5．30min，若(ruo)水溫接近(jin)0℃時(shi)能更穩定些(xie)。另外還(huan)有(you)研究表明(ming)，臭氧(yang)(yang)在(zai)水中的(de)(de)分(fen)解速度(du)隨水溫和pH值(zhi)的(de)(de)提高而加快(kuai)，由于臭氧(yang)(yang)具有(you)強氧(yang)(yang)化性(xing)，因(yin)此能與除(chu)了金、鉑外的(de)(de)所有(you)金屬(shu)發生(sheng)反應，能氧(yang)(yang)化許多有(you)機(ji)物(wu)。

　　2、易分解性

　　臭氧的化學性質比較活躍，在常溫下就可以分解為氧氣，并在分解的過程中釋放出284 kJ／mol的熱量，具體用化學式來表示就是：2O₃=3O₂

　　臭(chou)氧(yang)(yang)在空(kong)(kong)氣中(zhong)的(de)(de)(de)分(fen)解(jie)(jie)速(su)度(du)(du)(du)(du)跟溫度(du)(du)(du)(du)和臭(chou)氧(yang)(yang)自身的(de)(de)(de)濃度(du)(du)(du)(du)有關，研究(jiu)證明，當外在空(kong)(kong)間的(de)(de)(de)溫度(du)(du)(du)(du)越(yue)高(gao)、臭(chou)氧(yang)(yang)的(de)(de)(de)濃度(du)(du)(du)(du)越(yue)大，其(qi)分(fen)解(jie)(jie)的(de)(de)(de)速(su)度(du)(du)(du)(du)也就越(yue)快(kuai)；而臭(chou)氧(yang)(yang)在水中(zhong)分(fen)解(jie)(jie)的(de)(de)(de)速(su)度(du)(du)(du)(du)是跟水溫與酸堿度(du)(du)(du)(du)(pH)有關，水溫越(yue)高(gao)時臭(chou)氧(yang)(yang)的(de)(de)(de)分(fen)解(jie)(jie)速(su)度(du)(du)(du)(du)越(yue)高(gao)，而pH值越(yue)高(gao)，也就是水的(de)(de)(de)堿性越(yue)強使，臭(chou)氧(yang)(yang)的(de)(de)(de)分(fen)解(jie)(jie)也就越(yue)快(kuai)[3] [4]。

　　3、強腐蝕性

　　由于臭(chou)氧(yang)具有很高的(de)氧(yang)化(hua)性，所(suo)(suo)(suo)以除(chu)了鉑和金(jin)(jin)(jin)以外，臭(chou)氧(yang)幾乎可(ke)以氧(yang)化(hua)在(zai)空氣(qi)中的(de)所(suo)(suo)(suo)有金(jin)(jin)(jin)屬(shu)，所(suo)(suo)(suo)以這(zhe)也體現(xian)了臭(chou)氧(yang)的(de)腐(fu)蝕(shi)性。而且(qie)臭(chou)氧(yang)對非金(jin)(jin)(jin)屬(shu)材料(liao)也有強烈的(de)腐(fu)蝕(shi)作用(yong)。基(ji)于這(zhe)種原(yuan)因，在(zai)實際的(de)生(sheng)產中常使(shi)用(yong)25％的(de)鉻(ge)鐵(tie)合金(jin)(jin)(jin)來制造臭(chou)氧(yang)發(fa)生(sheng)設備．而且(qie)在(zai)發(fa)生(sheng)設備和計量設備中，不(bu)能用(yong)普遍的(de)橡膠(jiao)作密封材料(liao)，必須采用(yong)耐(nai)腐(fu)蝕(shi)的(de)硅膠(jiao)或者耐(nai)酸橡膠(jiao)[3] [4]。

三、臭氧的作用

　　基于以(yi)上臭氧的特(te)性，在污(wu)水處理及再生水領域我(wo)們可以(yi)利用臭氧技術(shu)實現以(yi)下目標：

　　1、臭氧消毒

　　1.1臭氧消(xiao)毒的機理

　　臭氧(yang)(yang)在水中滅(mie)菌(jun)有(you)(you)兩種方式：一(yi)種是臭氧(yang)(yang)直(zhi)接(jie)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)于細(xi)(xi)(xi)菌(jun)的(de)(de)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)壁(bi)，將其破(po)壞并導致細(xi)(xi)(xi)胞(bao)的(de)(de)死亡(wang)；另一(yi)種是臭氧(yang)(yang)在水中分(fen)解(jie)時釋(shi)放出自(zi)由基態氧(yang)(yang)[5]。自(zi)由基態氧(yang)(yang)具有(you)(you)強氧(yang)(yang)化能力，可(ke)以穿透細(xi)(xi)(xi)胞(bao)壁(bi)，氧(yang)(yang)化分(fen)解(jie)細(xi)(xi)(xi)菌(jun)內部氧(yang)(yang)化葡萄糖(tang)所(suo)必須的(de)(de)葡萄糖(tang)氧(yang)(yang)化酶，也可(ke)以直(zhi)接(jie)與(yu)細(xi)(xi)(xi)菌(jun)、病(bing)毒發生(sheng)(sheng)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)，破(po)壞其細(xi)(xi)(xi)胞(bao)器和(he)核(he)(he)糖(tang)核(he)(he)酸，分(fen)解(jie)DNA、RNA、蛋(dan)白(bai)質、脂質類和(he)多糖(tang)等大(da)分(fen)子聚合物，使(shi)細(xi)(xi)(xi)菌(jun)的(de)(de)物質代謝(xie)和(he)繁殖(zhi)過(guo)程遭到(dao)破(po)壞；還(huan)可(ke)以滲(shen)透細(xi)(xi)(xi)胞(bao)膜組(zu)織，侵入(ru)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)膜內作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)于外膜脂蛋(dan)白(bai)和(he)內部的(de)(de)脂多糖(tang)，促進細(xi)(xi)(xi)胞(bao)的(de)(de)溶(rong)解(jie)死亡(wang)，并且將死亡(wang)菌(jun)體內的(de)(de)遺傳基因(yin)、寄生(sheng)(sheng)菌(jun)種、寄生(sheng)(sheng)病(bing)毒粒子、噬(shi)菌(jun)體、支原(yuan)體及熱(re)原(yuan)（細(xi)(xi)(xi)菌(jun)病(bing)毒代謝(xie)產物、內毒素）等溶(rong)解(jie)變性滅(mie)亡(wang)。也有(you)(you)學者認(ren)為，臭氧(yang)(yang)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)于細(xi)(xi)(xi)胞(bao)的(de)(de)表(biao)面(mian)，改變了(le)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)膜的(de)(de)滲(shen)透特(te)性，最終導致細(xi)(xi)(xi)胞(bao)組(zu)分(fen)泄露(lu)到(dao)中間介質中[2]。

　　臭(chou)(chou)(chou)(chou)氧(yang)(yang)對細(xi)菌(jun)的(de)滅活反(fan)應(ying)(ying)總是(shi)(shi)進行得很(hen)迅(xun)速。與(yu)其他殺(sha)菌(jun)劑(ji)不同的(de)是(shi)(shi)，臭(chou)(chou)(chou)(chou)氧(yang)(yang)能與(yu)細(xi)菌(jun)細(xi)胞壁脂類雙鍵反(fan)應(ying)(ying)，穿入(ru)菌(jun)體(ti)內部，作(zuo)用于(yu)蛋白和脂多(duo)(duo)(duo)糖，改變細(xi)胞的(de)通透性，從(cong)而導致細(xi)菌(jun)死(si)亡。臭(chou)(chou)(chou)(chou)氧(yang)(yang)還作(zuo)用于(yu)細(xi)胞內的(de)核(he)物(wu)質(zhi)，如核(he)酸中(zhong)的(de)嘌(piao)呤和嘧(mi)啶(ding)破壞DNA。臭(chou)(chou)(chou)(chou)氧(yang)(yang)對病(bing)毒的(de)作(zuo)用首先是(shi)(shi)作(zuo)用于(yu)病(bing)毒衣體(ti)殼蛋白的(de)四條(tiao)多(duo)(duo)(duo)肽鏈，并使RNA受到損傷，特別是(shi)(shi)形成(cheng)蛋白質(zhi)。噬菌(jun)體(ti)被臭(chou)(chou)(chou)(chou)氧(yang)(yang)氧(yang)(yang)化后(hou)，電鏡(jing)觀察可見其表皮被破碎成(cheng)許多(duo)(duo)(duo)碎片，從(cong)中(zhong)釋放出許多(duo)(duo)(duo)核(he)糖核(he)酸，干擾其吸附到寄存體(ti)上，臭(chou)(chou)(chou)(chou)氧(yang)(yang)殺(sha)菌(jun)徹底[6]。

　　1.2影(ying)響臭氧(yang)消(xiao)毒的(de)因素

　　臭氧在用于(yu)飲(yin)用水消(xiao)毒時(shi)具(ju)有極高(gao)的殺菌(jun)效率，但(dan)在污水消(xiao)毒時(shi)往(wang)往(wang)需要(yao)較大的臭氧投(tou)加量(liang)和較長的接觸(chu)時(shi)間。影響消(xiao)毒效果的主(zhu)要(yao)因素總結如下。

　　1.2.1原水pH的影響

　　通過動力學(xue)實(shi)驗(yan)(yan)，在(zai)(zai)固(gu)定氣體流量(Q=10 L／h)的(de)(de)(de)條件下，考查了在(zai)(zai)不(bu)同pH值時(shi)，臭氧(yang)對實(shi)驗(yan)(yan)用(yong)水的(de)(de)(de)消(xiao)毒效果。以(yi)pH=6.7和pH=8.0時(shi)為例[7]。實(shi)驗(yan)(yan)結果表明(ming)，時(shi)間(jian)(jian)(jian)相(xiang)同的(de)(de)(de)條件下，在(zai)(zai)水質呈酸性時(shi)臭氧(yang)的(de)(de)(de)存(cun)在(zai)(zai)時(shi)間(jian)(jian)(jian)要長于水質偏(pian)堿性時(shi)的(de)(de)(de)存(cun)在(zai)(zai)時(shi)間(jian)(jian)(jian)，故水質顯酸性時(shi)的(de)(de)(de)消(xiao)毒效果優于堿性條件下的(de)(de)(de)消(xiao)毒效果。

　　1.2.2水中其他物質(zhi)的(de)影響(xiang)

　　主要是(shi)水中(zhong)含COD、NO2-N、懸浮固體(ti)、色度等，這(zhe)些(xie)(xie)物(wu)質(zhi)會消(xiao)耗水中(zhong)的(de)(de)臭氧(yang)(yang)。有(you)時還出現(xian)污水臭氧(yang)(yang)消(xiao)毒(du)后COD 增(zeng)加的(de)(de)現(xian)象，這(zhe)主要是(shi)因為臭氧(yang)(yang)將(jiang)(jiang)水中(zhong)難(nan)降(jiang)解(jie)的(de)(de)惰性物(wu)質(zhi)氧(yang)(yang)化為小分子物(wu)質(zhi)或(huo)者(zhe)將(jiang)(jiang)一些(xie)(xie)環(huan)狀(zhuang)有(you)機物(wu)開環(huan)，從而提高了原BDOC[8]，在臭氧(yang)(yang)消(xiao)毒(du)之(zhi)前對原水進行預處理，盡(jin)量徹底的(de)(de)去除有(you)機物(wu)是(shi)十(shi)分必要的(de)(de)。

　　1.2.3臭氧投加(jia)量和剩余臭氧量的影響(xiang)

　　不同水(shui)(shui)質所需的(de)臭(chou)氧(yang)投(tou)加(jia)(jia)量(liang)不同，臭(chou)氧(yang)的(de)投(tou)加(jia)(jia)劑(ji)量(liang)越大、接觸時間(jian)越長，出水(shui)(shui)水(shui)(shui)質越好[10-11]。M Petala對普通活性污泥法二級出水(shui)(shui)進(jin)行深度處理(li)，再經臭(chou)氧(yang)消毒后出水(shui)(shui)達到美國EPA回用水(shui)(shui)質標準。

　　1.2.4臭氧(yang)接觸方式的影(ying)響

　　臭(chou)氧在水中分解迅速，根(gen)據(ju)氣液(ye)傳質原理，增加臭(chou)氧的傳質效率可提高(gao)臭(chou)氧的利用(yong)率，因(yin)此(ci)選用(yong)不同的投(tou)加方式，臭(chou)氧的利用(yong)率不同。

　　2、臭氧技(ji)術在污(wu)水處理中的脫(tuo)色作用

　　臭氧的強氧化性(xing)也(ye)可用于(yu)降低BOD、COD、脫(tuo)色、除臭、除味、殺藻(zao)，除鐵、錳、氰(qing)、酚等(deng)(deng)[15]。目(mu)前臭氧氧化法(fa)主要(yao)用于(yu)印染廢水處理(li)等(deng)(deng)。其中以脫(tuo)色應用由(you)為重要(yao)。

　　按照國家2003年7月1日正式實施的《城鎮污(wu)水(shui)(shui)(shui)(shui)處(chu)(chu)理(li)(li)廠污(wu)染物排放標準(zhun)》（GB18918—2002）4.1.2.1款規(gui)定(ding)，當污(wu)水(shui)(shui)(shui)(shui)處(chu)(chu)理(li)(li)廠出水(shui)(shui)(shui)(shui)作為城鎮景(jing)觀(guan)用(yong)水(shui)(shui)(shui)(shui)和(he)一(yi)般回(hui)用(yong)水(shui)(shui)(shui)(shui)等用(yong)途時，污(wu)水(shui)(shui)(shui)(shui)處(chu)(chu)理(li)(li)廠出水(shui)(shui)(shui)(shui)水(shui)(shui)(shui)(shui)質(zhi)執行一(yi)級標準(zhun)的A標準(zhun)，色度(du)≤30。要求對再生水(shui)(shui)(shui)(shui)進行脫色、除嗅、滅菌處(chu)(chu)理(li)(li)[16]。

　　臭(chou)氧對水(shui)體(ti)中的著色(se)有(you)機物(wu)具(ju)有(you)氧化分解作用微量的臭(chou)氧就能起(qi)到良好的效(xiao)果。著色(se)有(you)機物(wu)一般是具(ju)有(you)不(bu)飽(bao)和鍵(jian)的多環有(you)機物(wu)，用臭(chou)氧進行處(chu)理時能夠打開不(bu)飽(bao)和化學鍵(jian)，使分子(zi)斷鍵(jian)．從而(er)使水(shui)變清(qing)。

四、實例及應用：

　　1、筆者對江蘇沭陽化工園區(qu)污水處理(li)廠及(ji)北京(jing)延慶污水處理(li)廠的進出(chu)水分別進行了采樣比對：

采樣結論（在水樣采集期間）：

　　（1）脫色效果明顯，出水(shui)水(shui)質指標穩定。

　　（2）污(wu)水(shui)處理廠(chang)出(chu)水(shui)水(shui)質均符合設計(ji)標準要(yao)求。

　　2、筆(bi)者同美國賽(sai)萊(lai)默（Xylem）公司技(ji)術人(ren)員進(jin)行(xing)(xing)了溝通和(he)交(jiao)流，特別是桐鄉鳳棲水處理項(xiang)目中臭氧技(ji)術利(li)用的(de)(de)可(ke)靠性進(jin)行(xing)(xing)了詳細了解。目前，在(zai)水處理行(xing)(xing)業(ye)臭氧設(she)(she)備已經形成產業(ye)化規模，特別是設(she)(she)備的(de)(de)集約化大(da)大(da)方(fang)便了偏遠地(di)(di)區、經濟(ji)欠發達地(di)(di)區的(de)(de)建(jian)設(she)(she)和(he)運營。也為本(ben)文方(fang)案的(de)(de)提出拓展了思路。

五、存在的問題：

　　（1）臭(chou)氧(yang)的制備成本(ben)較(jiao)高、能耗較(jiao)大。

　　（2）消毒(du)效(xiao)果受(shou)水(shui)質(zhi)影響較大。

　　（3）對于臭氧消毒副產(chan)物的研(yan)究較少，增加了使用臭氧消毒的風險。

　　隨著污(wu)水深度處理技術和污(wu)水回用(yong)的(de)普及，臭氧消毒的(de)研究和應用(yong)將會越來(lai)越多，臭氧與其它消毒方法的(de)復合消毒將是今后發展的(de)趨(qu)勢(shi)。

六、結論

　　臭氧特性明(ming)確、機理(li)(li)(li)清晰、技術成熟。既(ji)能(neng)有效(xiao)的(de)應用于高污(wu)(wu)染(ran)(ran)企業(ye)污(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)(shui)處理(li)(li)(li)，又(you)能(neng)夠很好的(de)脫色(se)、消毒應用于再(zai)(zai)生水(shui)(shui)(shui)(shui)的(de)處理(li)(li)(li)。可以設想：在中國西部地(di)(di)區（例如新(xin)疆(jiang)）這(zhe)樣的(de)石油礦產(chan)豐富，相(xiang)關產(chan)業(ye)興起，由此產(chan)生大量(liang)高污(wu)(wu)染(ran)(ran)廢水(shui)(shui)(shui)(shui)，同(tong)時新(xin)疆(jiang)又(you)是水(shui)(shui)(shui)(shui)資(zi)源(yuan)嚴重(zhong)匱乏的(de)地(di)(di)區之(zhi)一。如果(guo)利用臭氧技術從(cong)治理(li)(li)(li)高濃度(du)水(shui)(shui)(shui)(shui)污(wu)(wu)染(ran)(ran)開(kai)始，作為一個流程直接(jie)將污(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)(shui)處理(li)(li)(li)成為再(zai)(zai)生水(shui)(shui)(shui)(shui)標準，這(zhe)樣，及解決了高污(wu)(wu)染(ran)(ran)水(shui)(shui)(shui)(shui)的(de)處理(li)(li)(li)問題，又(you)同(tong)時解決了當地(di)(di)水(shui)(shui)(shui)(shui)資(zi)源(yuan)匱乏問題。這(zhe)應該是明(ming)智之(zhi)舉。

　　目前，這個(ge)由高(gao)濃度(du)污(wu)染廢水直接(jie)利用臭(chou)氧(yang)技(ji)術達(da)到(dao)再(zai)生水標(biao)準的方案路線已經應用于新疆五五工業(ye)園污(wu)水處(chu)理廠項目中。

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