臭氧氧化PPT课件
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（4）有机物浓度和结构 ✓ 有机物浓度 被处理水溶液中有机物的浓度较高时，它 们与臭氧反应的化学势很高，一旦它与臭 氧接触便可发生化学反应 ✓ 有机物结构 大分子长链有机物其不一定能够氧化。
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（5）气态O3的投加方式 ✓ O3的投加方式通常在混合反应器中进行， 混合反应器的作用有二：（1）促进气、 水扩散混合；（2）使气、水充分接触， 迅速反应。 ✓ 设计混合反应器时要考虑臭氧分子在水中 的扩散速度与污染物的反应速度
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✓污水中有机物或无机物的物理化学性质 与pH值有密切关系； ✓臭氧吸收率与pH值有一定关系； ✓pH 值在整个臭氧氧化过程中的变化，主 要是在中性或碱性条件下pH值会随着氧化 过程而呈下降趋势，其原因是有机物氧化 成小分子有机酸或醛之类物质
碱性条件下的污染物去除率高于酸性 条件
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（3）O3/H2O2/UV
在紫外光的照射下，能够迅速产生羟基自由
基
(·OH),·OH的产生机理如下:
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O3/H2O2/UV －－应用
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（4）臭氧/活性炭协同降 解有机物处理技术
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（5）超声强化臭氧氧化技术
• 超声波通过超声空化作用强化臭氧氧 化能力,提高臭氧利用率。超声空化作用 原理是当有一定功率的超声波辐射水溶 液时,水中的微小泡核在超声负压和正压 的作用下急速膨胀和压缩、破裂和崩溃。 由于该过程发生在纳米级到微米级的范 围内,气泡内的气体受压后急剧升温,可达 到5000Ｋ。高温将气泡内的气液界面的 介质裂解产生强氧化性的自由基。
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臭氧/生物活性炭技术
美国、法国,瑞典、前苏联、意大利、日本等都有 臭氧和生物活性炭联合使用的水处理厂。 北京田村山水厂、九江炼油厂生活水厂等是该技 术在我国最具有代表性的应用。
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工艺特点：
该工艺中臭氧的作用有两个方面．其一是直接将 部分能被其氧化成无害物质的污染物去除．其二是将大 分子有机物分解成可为生物降解的小 分子有机物，同 时利用臭氧分解后产生的氧使水的溶解氧充足，从而为 后续活性炭处理中的生 物降解提供必要的条件．而生 物活性炭主要起着 吸附和生物降解有机物、同时破坏 水中残余臭氧 的作用．故就其处理对象而言，臭氧氧 化的是大分 子疏水性有机物、活性炭吸附的主要对象 是中间 分子量的有机物，微生物是去除小分子的亲水 性 有机物，三者相互补充，提高了去除的效果．
第25页/共27页
谢谢观赏！ Thanks!
第26页/共27页
感谢您的观看！
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一、臭氧概述
臭氧在常温常压下是一种不稳定、具有特殊刺激 性气味的浅蓝色气体。臭氧具有极强的氧化性能， 在碱性溶液中拥有的氧化电位，其氧化能力仅次 于氟，高于氯和高锰酸钾。基于臭氧的强氧化性， 且在水中可短时间内自行分解，没有二次污染， 是理想的绿色氧化药剂。
因此，臭氧氧化方法已逐渐发展成为一种 高级氧化技术，在水处理领域中臭氧技术已在许 多方面得到了应用。臭氧应用于水处理过程中其 作用主要是除臭、脱色、杀菌和去除有机物。
❖ 直接与细菌、病毒作用，破坏它们的细胞器 和DNA，RNA，使细菌的新陈代谢受到破坏， 导致细菌死亡。
❖ 透过细胞膜组织，侵入细胞内，作用于外膜 的脂蛋白和内部的脂多糖，使细菌发生通透 性畸变而溶解死亡。
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废水处理：
❖ 臭氧可用来去除COD、BOD，并破 坏有害的化学物 。
❖ 已用于炼油废水中酚类化合物的去 除、电镀含氰废水处理、含染料废 水的脱色、洗涤剂的氧化、照片洗 印漂洗、氰化铁废液的回收与再利 用等
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臭氧在水中可能引起的反应
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（间接反应）
❖ 直接反应：污染物+ O3→产物或中间物 有选择性，速度慢；
❖ 间接反应：污染物+ HO·→产物或中间物 无选择性，HO·（）电位高，反应能
力强，速度快，可引发链反应，使许多 有机物彻底降解。
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臭氧在水处理中的应用
ห้องสมุดไป่ตู้
（2）搅拌速度
✓ 提高搅拌速度能使气液混合均匀，减小 液膜阻力，增大气液比表面积，强化气 液传质效果，有助于气液的接触和反应。
✓ 但当搅拌强度增大到一定程度后，其对 气体的分散效果和对有机物的去除效果 的作用将趋于平缓。
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（3）溶液温度
提高反应溶液温度将使反应的活化能降 低，有利于提高化学反应速率。但是，随温 度的升高，臭氧其分解将加速，溶解度降低， 从而降低了液相中臭氧的浓度，减缓化学反 应速度。同时，由于臭氧氧化有机物的反应 是一个连串反应，在降解有机物的同时也要 对其氧化中间产物进行深度氧化，消耗液相 中的臭氧，减缓目标有机物的降解速率。为 与工业实际废水相接近，实验选择温度范围 为3～30度。
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臭氧氧化性能的影响因素
1>溶液pH 2>搅拌速度 3>溶液温度 4>有机物浓度和结构 5>气体O3 的投加方式 6>臭氧化混合气进气量 7>催化剂
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（1）溶液pH
臭氧本身的氧化能力与pH 值有关，臭氧在水 中的分解速度随着pH 值的提高而加快 。 ✓在pH<4时，臭氧在水溶液中的分解可以忽略 不计，其反应主要时溶解臭氧分子同被处理水溶 液中还原性物质的直接反应； ✓在pH>4时，臭氧的分解便不可忽略；pH更高 时，则臭氧主要是在OH-的催化作用下，经一系 列链式反应分解成具有高反应活性的自由基而对 还原性物质进行非选择性氧化降解。 ✓ 如果pH值提高一个单位臭氧分解大约快3倍
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超声强化臭氧氧化技术应用
✓用超声和臭氧联用来研究天然有机污染物 腐殖酸的氧化动力学。当臭氧流量为lmg/min， 超声频率为20kHz、声源输出功率50W的条件 下，腐殖酸的浓度为10mg/L时，60min后 TOC的去除率为91%，溶液中87%的碳转换成 CO2。 当单独使用臭氧时，TOC的去除率仅为 40%，有机碳矿化率为28%
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臭氧氧化新技术－－臭氧与其 他常规水处理单元结合
❖ 特点 是利用预臭氧化带来的一 些有利条件，结合常规的水处理 工艺，从而达到事半功倍的目的
❖ 组合形式 O3－活性污泥、O3－ 活性炭吸附、O3－絮凝－膜处理、 O3－絮凝－O3、O3－气浮（吹 脱）、O3－生物活性炭、O3－膜 处理
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二、臭氧的反应机理：
臭氧之所以表现出强氧化性，是因为臭氧分 子中的氧原子具有强烈的亲电子或亲质子性， 臭氧分解产生的新生态氧原子，在水中形成具 有强氧化作用的羟基自由基·OH，它们的高度活 性在水处理中被用于杀菌消毒、破坏有机物结 构等等，其副产物无毒，基本无二次污染，有 着许多别的氧化剂无法比拟的优点，不仅可以 消毒杀菌，还可以氧化分解水中污染物。
一 饮用水处理： ❖臭氧预处理，在常规净水工艺前增设
臭氧工艺; ❖臭氧-生物活性炭处理，O3与颗粒活
性炭结合，在常规净水工艺后，对水 作深度处理，以除去各种有机物和色、 嗅、味等; ❖臭氧消毒，用以代替氯对水进行消毒。
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臭氧的消毒杀菌作用：
❖ 臭氧能氧化分解细菌内部葡萄糖所需的酶， 使细菌灭活死亡。
❖ 特点 促使臭氧分解产生比 臭氧活性更高，且几乎无选择 性的各类自由基（主要是羟基 自由基）
❖ 高级氧化技术（AOP） 产生 高活性的羟基自由基（·OH）
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几种臭氧处理单元自身的改进
（1）Ｏ3/ＵＶ高级氧化技术
（2）Ｏ3/Ｈ2Ｏ2高级氧化技术 （3）O3/H2O2/UV （4）臭氧/活性炭协同降解有机 物处理技术 （5）超声强化臭氧氧化技术
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催化剂
❖ 碱催化臭氧氧化 如O3/H2O2，它们 是通过OH-来催化产生·OH而对有机 物进行降解
❖ 光催化臭氧氧化 如O3/UV、 O3/H2O2/UV
❖ 多相催化臭氧氧化 如O3/固体催化剂 （如活性炭、金属及其氧化物）
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臭氧氧化新技术--臭氧 处理单元自身的改进
（4）有机物浓度和结构 ✓ 有机物浓度 被处理水溶液中有机物的浓度较高时，它 们与臭氧反应的化学势很高，一旦它与臭 氧接触便可发生化学反应 ✓ 有机物结构 大分子长链有机物其不一定能够氧化。
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（5）气态O3的投加方式 ✓ O3的投加方式通常在混合反应器中进行， 混合反应器的作用有二：（1）促进气、 水扩散混合；（2）使气、水充分接触， 迅速反应。 ✓ 设计混合反应器时要考虑臭氧分子在水中 的扩散速度与污染物的反应速度
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✓污水中有机物或无机物的物理化学性质 与pH值有密切关系； ✓臭氧吸收率与pH值有一定关系； ✓pH 值在整个臭氧氧化过程中的变化，主 要是在中性或碱性条件下pH值会随着氧化 过程而呈下降趋势，其原因是有机物氧化 成小分子有机酸或醛之类物质
碱性条件下的污染物去除率高于酸性 条件
第10页/共27页
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（3）O3/H2O2/UV
在紫外光的照射下，能够迅速产生羟基自由
基
(·OH),·OH的产生机理如下:
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O3/H2O2/UV －－应用
第19页/共27页
（4）臭氧/活性炭协同降 解有机物处理技术
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（5）超声强化臭氧氧化技术
• 超声波通过超声空化作用强化臭氧氧 化能力,提高臭氧利用率。超声空化作用 原理是当有一定功率的超声波辐射水溶 液时,水中的微小泡核在超声负压和正压 的作用下急速膨胀和压缩、破裂和崩溃。 由于该过程发生在纳米级到微米级的范 围内,气泡内的气体受压后急剧升温,可达 到5000Ｋ。高温将气泡内的气液界面的 介质裂解产生强氧化性的自由基。
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臭氧/生物活性炭技术
美国、法国,瑞典、前苏联、意大利、日本等都有 臭氧和生物活性炭联合使用的水处理厂。 北京田村山水厂、九江炼油厂生活水厂等是该技 术在我国最具有代表性的应用。
第24页/共27页
工艺特点：
该工艺中臭氧的作用有两个方面．其一是直接将 部分能被其氧化成无害物质的污染物去除．其二是将大 分子有机物分解成可为生物降解的小 分子有机物，同 时利用臭氧分解后产生的氧使水的溶解氧充足，从而为 后续活性炭处理中的生 物降解提供必要的条件．而生 物活性炭主要起着 吸附和生物降解有机物、同时破坏 水中残余臭氧 的作用．故就其处理对象而言，臭氧氧 化的是大分 子疏水性有机物、活性炭吸附的主要对象 是中间 分子量的有机物，微生物是去除小分子的亲水 性 有机物，三者相互补充，提高了去除的效果．
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第26页/共27页
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一、臭氧概述
臭氧在常温常压下是一种不稳定、具有特殊刺激 性气味的浅蓝色气体。臭氧具有极强的氧化性能， 在碱性溶液中拥有的氧化电位，其氧化能力仅次 于氟，高于氯和高锰酸钾。基于臭氧的强氧化性， 且在水中可短时间内自行分解，没有二次污染， 是理想的绿色氧化药剂。
因此，臭氧氧化方法已逐渐发展成为一种 高级氧化技术，在水处理领域中臭氧技术已在许 多方面得到了应用。臭氧应用于水处理过程中其 作用主要是除臭、脱色、杀菌和去除有机物。
❖ 直接与细菌、病毒作用，破坏它们的细胞器 和DNA，RNA，使细菌的新陈代谢受到破坏， 导致细菌死亡。
❖ 透过细胞膜组织，侵入细胞内，作用于外膜 的脂蛋白和内部的脂多糖，使细菌发生通透 性畸变而溶解死亡。
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废水处理：
❖ 臭氧可用来去除COD、BOD，并破 坏有害的化学物 。
❖ 已用于炼油废水中酚类化合物的去 除、电镀含氰废水处理、含染料废 水的脱色、洗涤剂的氧化、照片洗 印漂洗、氰化铁废液的回收与再利 用等
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臭氧在水中可能引起的反应
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（间接反应）
❖ 直接反应：污染物+ O3→产物或中间物 有选择性，速度慢；
❖ 间接反应：污染物+ HO·→产物或中间物 无选择性，HO·（）电位高，反应能
力强，速度快，可引发链反应，使许多 有机物彻底降解。
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臭氧在水处理中的应用
ห้องสมุดไป่ตู้
（2）搅拌速度
✓ 提高搅拌速度能使气液混合均匀，减小 液膜阻力，增大气液比表面积，强化气 液传质效果，有助于气液的接触和反应。
✓ 但当搅拌强度增大到一定程度后，其对 气体的分散效果和对有机物的去除效果 的作用将趋于平缓。
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（3）溶液温度
提高反应溶液温度将使反应的活化能降 低，有利于提高化学反应速率。但是，随温 度的升高，臭氧其分解将加速，溶解度降低， 从而降低了液相中臭氧的浓度，减缓化学反 应速度。同时，由于臭氧氧化有机物的反应 是一个连串反应，在降解有机物的同时也要 对其氧化中间产物进行深度氧化，消耗液相 中的臭氧，减缓目标有机物的降解速率。为 与工业实际废水相接近，实验选择温度范围 为3～30度。
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臭氧氧化性能的影响因素
1>溶液pH 2>搅拌速度 3>溶液温度 4>有机物浓度和结构 5>气体O3 的投加方式 6>臭氧化混合气进气量 7>催化剂
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（1）溶液pH
臭氧本身的氧化能力与pH 值有关，臭氧在水 中的分解速度随着pH 值的提高而加快 。 ✓在pH<4时，臭氧在水溶液中的分解可以忽略 不计，其反应主要时溶解臭氧分子同被处理水溶 液中还原性物质的直接反应； ✓在pH>4时，臭氧的分解便不可忽略；pH更高 时，则臭氧主要是在OH-的催化作用下，经一系 列链式反应分解成具有高反应活性的自由基而对 还原性物质进行非选择性氧化降解。 ✓ 如果pH值提高一个单位臭氧分解大约快3倍
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超声强化臭氧氧化技术应用
✓用超声和臭氧联用来研究天然有机污染物 腐殖酸的氧化动力学。当臭氧流量为lmg/min， 超声频率为20kHz、声源输出功率50W的条件 下，腐殖酸的浓度为10mg/L时，60min后 TOC的去除率为91%，溶液中87%的碳转换成 CO2。 当单独使用臭氧时，TOC的去除率仅为 40%，有机碳矿化率为28%
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臭氧氧化新技术－－臭氧与其 他常规水处理单元结合
❖ 特点 是利用预臭氧化带来的一 些有利条件，结合常规的水处理 工艺，从而达到事半功倍的目的
❖ 组合形式 O3－活性污泥、O3－ 活性炭吸附、O3－絮凝－膜处理、 O3－絮凝－O3、O3－气浮（吹 脱）、O3－生物活性炭、O3－膜 处理
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二、臭氧的反应机理：
臭氧之所以表现出强氧化性，是因为臭氧分 子中的氧原子具有强烈的亲电子或亲质子性， 臭氧分解产生的新生态氧原子，在水中形成具 有强氧化作用的羟基自由基·OH，它们的高度活 性在水处理中被用于杀菌消毒、破坏有机物结 构等等，其副产物无毒，基本无二次污染，有 着许多别的氧化剂无法比拟的优点，不仅可以 消毒杀菌，还可以氧化分解水中污染物。
一 饮用水处理： ❖臭氧预处理，在常规净水工艺前增设
臭氧工艺; ❖臭氧-生物活性炭处理，O3与颗粒活
性炭结合，在常规净水工艺后，对水 作深度处理，以除去各种有机物和色、 嗅、味等; ❖臭氧消毒，用以代替氯对水进行消毒。
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臭氧的消毒杀菌作用：
❖ 臭氧能氧化分解细菌内部葡萄糖所需的酶， 使细菌灭活死亡。
❖ 特点 促使臭氧分解产生比 臭氧活性更高，且几乎无选择 性的各类自由基（主要是羟基 自由基）
❖ 高级氧化技术（AOP） 产生 高活性的羟基自由基（·OH）
第16页/共27页
几种臭氧处理单元自身的改进
（1）Ｏ3/ＵＶ高级氧化技术
（2）Ｏ3/Ｈ2Ｏ2高级氧化技术 （3）O3/H2O2/UV （4）臭氧/活性炭协同降解有机 物处理技术 （5）超声强化臭氧氧化技术
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催化剂
❖ 碱催化臭氧氧化 如O3/H2O2，它们 是通过OH-来催化产生·OH而对有机 物进行降解
❖ 光催化臭氧氧化 如O3/UV、 O3/H2O2/UV
❖ 多相催化臭氧氧化 如O3/固体催化剂 （如活性炭、金属及其氧化物）
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臭氧氧化新技术--臭氧 处理单元自身的改进