臭氧发生器在工业废水应用中发展方向研究

臭氧发生器在工业废水应用中发展方向研究

 

        臭氧发生器的规模化生产和臭氧的化学反应性是臭氧技术广泛应用的基础。

        因此，有必要总结臭氧产生的原理，分析臭氧的物理化学性质，这对指导臭氧的技术发展和实际应用具有重要意义。本文综述了臭氧的产生机理、臭氧的理化性质以及臭氧在水处理中的应用。臭氧可以通过磷接触、无声放电、光化学反应和电化学反应产生，主要是氧原子与氧分子的反应。然而，臭氧的产生有副反应，包括热分解和活性物质的猝灭反应，这些副反应是造成臭氧耗竭的原因。臭氧在水中的溶解度远高于氧，可可靠地应用于水和废水处理。根据臭氧的共振结构，臭氧分子中一个氧原子是缺电子的，具有亲电性质，而一个氧原子是富电子的，具有亲核性质。臭氧优异的化学反应性也可以通过臭氧均相和非均相催化分解引发的自由基介导反应间接揭示出来。由于臭氧的生成可靠，反应性能强，臭氧反应在饮用水消毒和工业废水(含氰废水、焦化废水、印染废水、城市污水)的前、后处理中的应用值得深入阐述。对臭氧反应器的结构特点和应用技术的能量需求进行了评价。展望了臭氧生成、臭氧反应性和工业废水臭氧化的发展方向。

 

        本文介绍臭氧的产生、臭氧的基本物理化学性质及其在水和废水处理中的应用。分子氧激发生成氧原子和三体碰撞反应是臭氧生成的初步反应。虽然已有几种臭氧生成方法被实际开发出来，但无声放电是更有效和更实用的臭氧生成方法。然而，臭氧的热分解和臭氧被氧原子和含氮活性物质消耗的化学耗竭对臭氧的产率产生不利影响。因此，对臭氧发生器采用冷却放电间隙、混合惰性气体、脉冲功率等方法来改善臭氧发生器的工作条件，使静音放电的基本特性(电离后雪崩导致击穿和导电通道)保持不变。应进一步研究放电步骤，以控制放电间隙温度的升高，从而抑制臭氧的热分解。

臭氧与多种污染物具有很强的反应性，由于其溶解性和化学反应性，臭氧被广泛用于污染控制。臭氧的溶解行为由气态臭氧的分压、水温、传质条件、溶解的有机物或无机物以及溶液pH决定，是其在水和废水处理中广泛应用的基础。臭氧的其他物理性质，如气味和颜色也可能与其应用密切相关。从化学反应的角度看，无机污染物可以通过电子转移反应或氧原子转移反应被臭氧直接氧化。含富电子官能团或不饱和官能团的有机化合物可分别通过亲电取代或1,3-偶极环加成选择性臭氧化。此外，羰基、碳氮双键或三键构成的有机化合物在缺电子位置(如碳原子)也可被氧化。另一方面，自由基介导的反应是由臭氧分解引发的，臭氧分解是由均相和多相催化剂催化的。然而，与催化活性相关的多相催化剂的主要表面和组成特征尚未完全阐明，这些基本特征与催化剂合成路线之间的标准化关系尚未建立。

基于臭氧的技术可以有效地灭活微生物，分解有机污染物，分别用于饮用水消毒和工业废水处理。采用臭氧反应与各种氧化或物理分离技术相结合，应考虑到具体的废水指标。然而，臭氧化的应用在处理水和废水方面有一些局限性。例如，在分配系统中不能完全抑制生物再生，臭氧消毒会同时产生一些dbp。臭氧氧化能力不足严重阻碍了工业废水的进一步氧化，更终导致小分子脂肪酸和饱和脂肪族化合物的积累。

虽然通过与多种催化剂的耦合可以提高臭氧对污染物的氧化去除能力，但在实际工业废水中对污染物的去除方面的研究较少，需要特别关注无机碳和DOM的自由基清除作用。

        总的来说，所有这些限制将使基于臭氧的技术并非没有缺点。为开发高效、可操作性强、低能耗的臭氧处理技术，今后的研究重点应集中在高效臭氧发生器、催化剂与臭氧化学的构效关系、臭氧氧化反应器的设计等方面。例如，臭氧反应与生物过滤器的结合是克服臭氧反应基本缺点的一种有希望的尝试，因为臭氧顽固化合物反过来更容易生物降解。合成更先进的高活性臭氧催化剂是当务之急，以加速臭氧的分解，从而产生含氧自由基。这可以通过优化催化剂的晶体结构、电子性能、化学成分、形态和表面状态来实现。更后，臭氧反应器的高性能研究应集中在化学反应动力学与流体动力学的协调、逆流流型的实际应用以及反应器多级串联连接的尾气利用等方面。例如，在快堆内部实现液气之间的逆流流动模式，可以增强水中臭氧的传质，从而在很大程度上加速臭氧的溶解。