飲用水的安全現(xiàn)在比較讓人擔(dān)憂，臭氧氧化能力強(qiáng),用于消毒殺菌殺傷力大,速度快;臭氧可氧化溶解性鐵或錳,形成高價(jià)沉淀物,使之易于去除;可將氰化物、酚等有毒有害物質(zhì)氧化為無(wú)害物質(zhì);可氧化致嗅和致色物質(zhì),從而減少嗅味,降低色度;可將生物難分解的大分子有機(jī)物氧化分解為中小分子有機(jī)物,使之易于生物降解;使用臭氧預(yù)處理,還可以起到微絮凝作用,提高出水水質(zhì);應(yīng)用臭氧,不會(huì)在處理過(guò)程中產(chǎn)生有害的“三致”物質(zhì)。
飲用水處理中臭氧的投加方式包括預(yù)氧化、中間氧化和最后消毒。臭氧的預(yù)氧化可去除水中的無(wú)機(jī)物、色度、濁度、懸浮固體、異臭和味,可部分分解有機(jī)物并滅活微生物,從而提高混凝Ο絮凝Ο沉淀效果。中間氧化主要是分解有毒微污染物,去除三氯甲烷前體物,并提高有機(jī)污染物的可生化降解性。臭氧消毒可滅活水中所有殘留的微生物,并使消毒產(chǎn)生的副產(chǎn)物減到最少[12]。2.1 臭氧預(yù)氧化
在飲用水處理中,臭氧氧化法處理的適宜對(duì)象主要包括殺菌、除嗅、除味、脫色、除鐵、除錳、除去微量有機(jī)物等。去除有機(jī)化合物適量濃度的臭氧氧化對(duì)水中有機(jī)物總量去除不多,但是出水分子量變小、極性變強(qiáng)、可生物氧化性和可吸附性變強(qiáng)。
水源水中含有的有機(jī)物來(lái)源于自然界和人類活動(dòng),在進(jìn)入水處理廠前,由人為導(dǎo)致的污染物已經(jīng)經(jīng)歷了生命或非生命的轉(zhuǎn)化。這部分有機(jī)物同飲用水水質(zhì)及人類健康密切相關(guān),必須加以去除,降低它們?cè)陲嬘盟械臐舛取?/span>
通過(guò)臭氧氧化反應(yīng)可以降解多種有機(jī)微污染物,其中包括脂肪烴及其鹵代物、酚類物質(zhì)、有機(jī)胺化合物和有機(jī)農(nóng)藥等,也能產(chǎn)生一些臭氧化副產(chǎn)物,如有機(jī)酸,醛(甲醛)等。臭氧對(duì)這些有機(jī)微污染物的去除情況與有機(jī)物的結(jié)構(gòu)及臭氧投量有關(guān)。2.1.2 去除鐵和錳天然水體中都不同程度地含有鐵和錳,它們以可溶性的還原態(tài)存在,飲用水中含有一定量的鐵和
錳雖然對(duì)人體并無(wú)危害,但超過(guò)一定值時(shí)會(huì)使水產(chǎn)生異味和顏色,增加水垢,在服裝等用品上產(chǎn)生銹斑,甚至堵塞水管和用水設(shè)備,應(yīng)該控制飲用水中鐵和錳的濃度。臭氧能有效地將水中溶解性鐵、錳等轉(zhuǎn)化成難溶解性氧化物。 但是臭氧與活性炭聯(lián)用可還原溴酸根,還原后的溴離子,依靠水流的擴(kuò)散和輸移帶走。
有代表性的有害氯化消毒副產(chǎn)物(DBPs)主要為三鹵甲烷(THMs)和鹵乙酸(HAAs)等,世界各國(guó)均制定了嚴(yán)格的DBPs標(biāo)準(zhǔn)。預(yù)臭氧化通過(guò)兩個(gè)途徑控制DBPs:一是直接去除DBPs的前驅(qū)物質(zhì);二是轉(zhuǎn)化前驅(qū)物質(zhì),從而利于后續(xù)工藝的協(xié)同去除,后者在低臭氧投加量ρ(O3)為015mg/L左右下起重要作用。預(yù)臭氧化去除DBPs前驅(qū)物質(zhì)的效果取決于原水水質(zhì)及預(yù)臭氧化條件,主要是TOC及Br含量、有機(jī)物性質(zhì)、臭氧投加量及時(shí)間、水溫、pH值等。HCO3-的存在有利于THMS前體的去除。雖然目前對(duì)預(yù)臭氧化控制DBPs的效果說(shuō)法不一,但以降低
臭氧在水處理中的作用是從利用它的消毒作用開始的,目前臭氧仍是加藥消毒法中最有效的消毒劑。臭氧的殺菌作用比氯快15～30倍,在滅活病毒方面,由于臭氧的高氧化電位和容易通過(guò)微生物細(xì)胞膜擴(kuò)散,所以臭氧能氧化微生物細(xì)胞的有機(jī)物或破壞有機(jī)體鏈狀結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致細(xì)胞死亡[16]。從而臭氧對(duì)過(guò)濾性或其他病毒、芽孢等,具有強(qiáng)大的殺傷力,而氯對(duì)病毒作用很小或不起作用。用臭氧消毒時(shí)對(duì)細(xì)菌的滅活率都在95%以上,所以經(jīng)臭氧消毒過(guò)的水,其中的病毒實(shí)際上已完全失去了活力[1,13]。在水處理中,較傳統(tǒng)的氯消毒方法,臭氧消毒還有如下優(yōu)點(diǎn):①在消毒的同時(shí)可改善水的性質(zhì),且較少產(chǎn)生附加的化學(xué)物質(zhì)污染。②不會(huì)產(chǎn)生如氯酚那樣的臭味。③不會(huì)產(chǎn)生三鹵甲烷等氯消毒的消毒副產(chǎn)物。④臭氧可就地制造,為了獲得它只需要電能[16]。
但臭氧作為消毒劑是有選擇性的,綠霉菌、青霉菌之類對(duì)臭氧具有抗藥性,需較長(zhǎng)時(shí)間才能將其殺死。單獨(dú)使用臭氧作為殺菌劑時(shí),由于臭氧在較短時(shí)間內(nèi)分解掉,殘留效果小,甚至?xí)霈F(xiàn)細(xì)菌回升現(xiàn)象,為了改善這種狀況,可以考慮輔助加氯。臭氧消毒也是各種消毒工藝中費(fèi)用較高的一種。2.3 臭氧的聯(lián)用技術(shù)
臭氧雖然能氧化水中許多難降解有機(jī)物,但它與有機(jī)物的反應(yīng)選擇性差,且不易將有機(jī)物徹底分解為CO2和H2O,其產(chǎn)物常常為羧酸類易于生物降解有機(jī)物,如:一元醛、二元醛、醛酸、一元羧酸、二元羧酸類有機(jī)小分子。因此水處理一般是采用臭氧與其它處理方法聯(lián)合的工藝來(lái)去除難以生物降解的有機(jī)物。目前國(guó)內(nèi)外在臭氧氧化及聯(lián)用技術(shù)的研究與應(yīng)用中有兩種趨勢(shì),一種是基于臭氧的高級(jí)氧化過(guò)程,與其它方法聯(lián)用將臭氧催化轉(zhuǎn)化為氧化性更強(qiáng)的、而反應(yīng)選擇性較低的羥基自由基,如臭氧的超聲空化、紫外輻射與過(guò)氧化氫的聯(lián)合作用等;另一種是采用固體顆粒,如二氧化鈦、活性炭、金屬氧化物為催化劑來(lái)加強(qiáng)臭氧氧化,這些方法不另需氧化劑或能源,如臭氧Ο生物活性炭方法,由于聯(lián)用技術(shù)的協(xié)
臭氧預(yù)氧化能夠進(jìn)一步提高常規(guī)給水處理的除藻效果,臭氧是強(qiáng)氧化劑,可以致死藻類或限制它們的生長(zhǎng),對(duì)動(dòng)物性浮游生物的滅活效果好。臭氧氧化可提高后續(xù)絮凝、過(guò)濾對(duì)藻類的去除效果,減少絮凝劑的用量,有一定的助凝作用。臭氧同時(shí)具有除色作用,通過(guò)與不飽和官能團(tuán)反應(yīng)、破壞碳碳雙鍵而去除真色,去除程度取決于臭氧投加量和接觸條件;臭氧的微絮凝效應(yīng)還有助于有機(jī)膠體和顆粒物的混凝,并通過(guò)顆粒過(guò)濾去除致色物。
核心提示：飲用水處理中臭氧的投加方式包括預(yù)氧化、中間氧化和最后消毒。臭氧的預(yù)氧化可去除水中的無(wú)機(jī)物、色度、濁度、懸浮固體、異臭和味,可部分分解有機(jī)物并滅活微生物,從而提高混凝Ο絮凝Ο沉淀效果。中間氧化主要是分解有毒微污染物,去除三氯甲烷前體物,并提高有機(jī)污染物的可生化降解性。臭氧消毒可滅活水中所有殘留的微生物,并使消毒產(chǎn)生的副產(chǎn)物減到最少
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