優(yōu)點在于處理分解后的最終產(chǎn)物為氧氣,不向水中增添新的元素。在普通的市政給水處理中,如果單純使用臭氧氧化,
COD去除率一般只能達到10%左右,難以達到較高的去除
效果。如何在紫外線的照射下進一步強化臭氧的氧化性能,提高臭氧的利用率,也是今后給水深度處理技術(shù)的主要研究內(nèi)容。
2.2組合工藝的去除機理
關(guān)于臭氧和紫外的協(xié)同作用機理目前主要有2種觀點,
一種是臭氧先在紫外作用下分解成氧原子,氧原子再與水反應(yīng)生成羥基自由基;外一種是臭氧在紫外照射下先與水反應(yīng)生成雙氧水,雙氧水進一步分解生成羥基自由基(·OH)。
(1)臭氧的分解。臭氧在水中與有機物的作用一般分為直接反應(yīng)和間接反應(yīng)2種歷程;臭氧分解產(chǎn)生羥基自由基的反應(yīng)會由于水體中存在堿度而受到抑制,使得氧化反應(yīng)以直接反應(yīng)為主。然而在紫外線的照射下,使得臭氧的分解歷程可以表示為:
由于臭氧迅速分解產(chǎn)生羥基自由基,使得水中以臭氧與有機物直接反應(yīng)為主的氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橐宰杂苫陀袡C物直接反應(yīng)為主的氧化反應(yīng)。從而可以增加臭氧的利用率,提高反應(yīng)效率。
(2)羥基自由基氧化反應(yīng)。常溫常壓下,臭氧的標(biāo)準電位為2.07V,而羥基自由基的標(biāo)準電位為2.80V,氧化性方面后者要大于前者,因此羥基自由基能夠與水中絕大多數(shù)有機物發(fā)生氧化反應(yīng)。羥基自由基與水中有機物的氧化反應(yīng)大體上可以分為2類:
A.除氫反應(yīng)
·OH+RH→R·+(OH)-
B.加成反應(yīng)
有機物中的芳香烴和含有不飽和鍵的共軛體系在紫外光區(qū)都有強烈的吸收,故羥基自由基更易于與芳香族化合物及不飽和化合物發(fā)生加成反應(yīng)。臭氧在水中與有機物發(fā)生的直接氧化反應(yīng)的選擇性較強,且速度不如羥基自由基快。因此羥基自由基在有機物氧化方面比臭氧效果要好。
2.3組合工藝的影響因素
(1)污染物本身特性的影響。由于羥基自由基更易于與
水中的芳香族化合物或含有雙鍵或羰基的共扼體發(fā)生化學(xué)反應(yīng),所以當(dāng)水中存在著較多的不飽和化合物共扼體系時,該系統(tǒng)可以取得較好的處理效果,而當(dāng)水中存在的物質(zhì)為飽和的有機污染物時,用該系統(tǒng)處理速度較慢,去除效果則會不太明顯。
(2)堿度的影響。當(dāng)pH值過高時,如果水中只有臭氧存
在,堿度會與羥基自由基結(jié)合,對臭氧的催化反應(yīng)造成抑制,使臭氧在水溶液中以直接反應(yīng)為主。當(dāng)紫外線和臭氧同時存在時,可產(chǎn)生大量的羥基自由基,但過高的pH值同樣對反應(yīng)不利,它會大量消耗水中的羥基自由基,使其濃度下降,處理效率也會隨之下降。當(dāng)水中存在過多的碳酸根或重碳酸根離子時,容易水解產(chǎn)生OH-,同時碳酸根或重碳酸根離子自身也會與羥基自由基結(jié)合,降低處理效率,結(jié)合反應(yīng)式為:
(OH)·+HCO3→(OH)-+HCO3
·(3)臭氧濃度的影響。在相同紫外線照射劑量和臭氧投量的情況下,進氣臭氧濃度越高,則處理效果越明顯。這是因為當(dāng)水中臭氧濃度較高時,可以產(chǎn)生較高濃度的羥基自由基,對有機物的氧化更為徹底,所以處理效果也較好。這表明,處理效果不僅與紫外線的照射劑量有關(guān),而且與進氣中的臭氧濃度有關(guān)。
(4)水流流速的影響。流速的不同也會對處理效果造成影響。當(dāng)流速較高時,紫外光對總細菌和大腸桿菌均有良好的去除效率,這一點似乎有悖常理。IranpourRetal[5]等通過進一步研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)水流過紫外燈管與反應(yīng)器之間時,會形成一個邊界層,如果這個邊界層較厚,則會阻礙水對紫外光的吸收。水流速度較慢時,出現(xiàn)的邊界層較厚,反之則較薄,故
流速快時,殺菌效果較好。
2.4組合工藝的處理效果
目前國外許多水廠已經(jīng)開始將紫外及其組合工藝應(yīng)用
到給水處理系統(tǒng)中,其中以歐洲和北美居多。由于自然環(huán)境及原水水質(zhì)的差異,國內(nèi)這方面的研究基本處于實驗室水平,部分地區(qū)已有條件進行中試和小范圍的應(yīng)用,但目前國內(nèi)尚無大規(guī)模的工程實例。
(1)殺菌效果。對于原水的殺菌效果,馬曉敏[6]等通過研究發(fā)現(xiàn),UV/O3聯(lián)合方法對細菌的去除率明顯高于單獨采用
UV、O3時的效果。這是因為由于反應(yīng)存在時間的順序問題,
細菌會首先在紫外光的照射下被去除,不能被紫外光去除的細菌則會在臭氧的作用下被進一步去除。單獨使用紫外的效果較差,是因為如果水中細菌數(shù)量較多,且NTU較大時,顆粒物會對細菌進行UV的遮蔽,從而降低UV的滅菌作用效果。在紫外光和臭氧的雙重作用下,可以實現(xiàn)很好的細菌去除效率。但隨著時間的不斷推移,UV/O3的去除效果會漸漸下降,主要是因為水中存在的顆粒物容易對紫外線進行吸收,對反應(yīng)的順利進行產(chǎn)生影響,使殺菌效果降低,而O3的存在可以避免這一問題的出現(xiàn)。
(2)有機物的去除效果。對于UV254的去除效果,王欣澤
[7]
等分別在有紫外光輻照和無紫外光輻照2種情況下通入
臭氧考查水中UV254的去除情況;結(jié)果顯示,臭氧與紫外線聯(lián)合作用時水中的UV254去除效果較好,并且紫外光的照射可以使去除率有明顯的升高;而對于COD,去除效果卻各不相同,單獨臭氧或單獨紫外作用時,水中的COD值基本沒有變化;即使在臭氧紫外線聯(lián)用時,最初COD的變化也不明顯;隨著反應(yīng)的進行,尤其是一段時間以后,則出現(xiàn)明顯的下降趨勢。這些現(xiàn)象再次可以證明紫外和臭氧有協(xié)同作用效果
經(jīng)典成功案例
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單位名稱:某半導(dǎo)體公司
臭氧選型:制作高濃度臭氧水
實驗內(nèi)容:3S-T10,3S-J5000,3S-J1000
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單位名稱:某研究所
臭氧選型:ALD實驗
實驗內(nèi)容:NANO15,3S-J5000
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單位名稱:某醫(yī)科大學(xué)
臭氧選型:臭氧細胞實驗
實驗內(nèi)容:UV-S-CN pro