臭氧处理方法

臭氧处理方法

摘要：水处理技术中的催化氧化技术主要有常温常压下的催化氧化和高温高压下的湿式催化氧化、光催化氧化等。通过催化途径产生氧化能力极强的羟基自由基。本文对水处理过程中的臭氧的一些基本性质及产生臭氧的技术、怎样用臭氧进行水处理作了简要介绍

关键词：臭氧；臭氧的产生；臭氧水处理技术

正文：

1.臭氧的主要物理化学特性

臭氧的分子式是O3，是氧的一种同素异形体。臭氧与氧有显著不同的特征，氧气是无色、无臭、无味、无毒的，而臭氧却是蓝色，且具有特殊的“新鲜”气味。在低浓度下嗅了使人感到清爽，当浓度稍高时，具有特殊的臭味，而且是有毒的。

1.1臭氧在水中的溶解度

臭氧的相对密度为氧的1.5倍，在水中的溶解度比氧气大10倍，比空气大25倍。臭氧和其他气体一样，在水中的溶解度符合亨利定律：

C=K H p

从上式知，由于实际生产中采用的多是臭氧化空气（含有臭氧的空气），其臭氧的分压很小，故臭氧在水中的溶解度也很小。

1.2臭氧的分压

臭氧在空气中会慢慢的连续自行分解成氧气，其反应式是：

O33

22

+144.45kJ

由于分解时放出大量热量，故当其浓度在25%以上时，很容易爆炸。但一般臭氧化空气中臭氧的浓度不超过10%，因此不会发生爆炸。为了提高臭氧利用率，

水处理过程中要求臭氧分解地慢一些，而为了减轻臭氧对环境的污染，则要求水处理后尾气中的臭氧分解的快一些。臭氧在空气中会慢慢的连续自行分解成氧气，其反应式是：

O33

22

+144.45kJ

由于分解时放出大量热量，故当其浓度在25%以上时，很容易爆炸。但一般臭氧化空气中臭氧的浓度不超过10%，因此不会发生爆炸。为了提高臭氧利用率，水处理过程中要求臭氧分解地慢一些，而为了减轻臭氧对环境的污染，则要求水处理后尾气中的臭氧分解的快一些。

1.3臭氧的氧化能力

臭氧是强氧化剂，通常在氧不能起反应的条件下，它可以和许多物质进行作用。在酸性溶液中，臭氧的氧化能力仅次于氟、原子氧等。例如，臭氧可以把潮湿的硫氧化成硫酸，将Ag+盐氧化成Ag2+的盐。臭氧在氧化时一般是放出一个活泼氧原子，同时被还原成氧分子。如果反应继续进行，氧分子参与氧化作用。

因臭氧的氧化电位很高，故水中的无机、有机物质易被氧化。在pH≤7的水溶液中，用臭氧氧化最简单醇、醛、甲酸和甲醛，发现氧化速度随着溶液酸性增加而减缓，并且与温度有关系。而在碱性介质中，化合物被完全氧化成二氧化碳和水。氧化反应随pH值降低而降低。

1.3臭氧的氧化能力

臭氧是强氧化剂，通常在氧不能起反应的条件下，它可以和许多物质进行作用。在酸性溶液中，臭氧的氧化能力仅次于氟、原子氧等。例如，臭氧可以把潮湿的硫氧化成硫酸，将Ag+盐氧化成Ag2+的盐。臭氧在氧化时一般是放出一个活泼氧原子，同时被还原成氧分子。如果反应继续进行，氧分子参与氧化作用。

因臭氧的氧化电位很高，故水中的无机、有机物质易被氧化。在pH≤7的水溶液中，用臭氧氧化最简单醇、醛、甲酸和甲醛，发现氧化速度随着溶液酸性增加而减缓，并且与温度有关系。而在碱性介质中，化合物被完全氧化成二氧化碳

和水。氧化反应随pH值降低而降低。

2.臭氧的产生

2.1光化学法

光化学法是光波中的紫外光会使氧气分子 O2分解并聚合成臭氧 O3，大气上空的臭氧层即是由此产生的。

波长λ＝ 185nm(10-9m) 的紫外光效率最高，此时，光量子被 O2吸收率最大。其反应基本过程为：

O2＋ hr→ O＋O

O2＋O＋+M→ O3＋M

hr －紫外光量子

M －存在的任何惰性物体，如反应器器壁、氮、二氧化碳气体分子等。

紫外法产生臭氧的优点是对湿度、温度不敏感，具有很好的重复性；同时，可以通过灯功率线性控制臭氧浓度、产量。这两个特性对于臭氧用于人体治疗与作为仪器的臭氧标准源是非常合适的。

图1 紫外线产生臭氧示意图

2.2电化学法

利用直流电源电解含氧电解质产生臭氧气体的方法，其历史同发现臭氧一样悠久。八十年代以前，电解液多为水内填加酸、盐类电解质，电解面积比较小，臭氧产量很小，运行费用很高。由于人们在电极材料、电解液与电解机理、过程方面作了大量的研究工作，电解法臭氧发生技术取得了很大进步。近期发展的SPE （固态聚合物电解质）电极与金属氧化催化技术，使用纯水电解得到 14 ％以上的高浓度臭氧，使电化学法臭氧发生器技术向前迈进了一大步。

电解法臭氧发生器具有臭氧浓度高、成分纯净、在水中溶解度高的优势，在医疗、食品加工与养殖业及家庭方面具有广泛应用前景，在降低成本与电耗条件下将与目前应用广泛的电晕放电法臭氧发生器形成激烈竞争。

图2 电解法产生臭氧示意图

2.3电晕放电法

电晕放电合成臭氧是目前世界上应用最多的臭氧制取技术，此技术能够使臭氧产量单台达 500 kg/h 以上。

电晕放电法（无声放电或辉光发电法）就是一种干燥的含氧气体流过电晕放电区产生臭氧的方法。常用的原料气体有：氧气空气以及含有氮、二氧化碳，或许还有其他惰性稀释气体的含氧混合气体。

2.4臭氧的产生机理

虽然有若干机理可能同电晕内臭氧的形成有关，但①式特殊反应途径被认为是主要的

e+O2→2O ＋ e ①

利用高速电子轰击氧气，其分解成氧原子。高速电子具有足够的动能（ 6 ～7eV ） , 紧接着通过三体碰撞反应形成臭氧。

O+O2 +M→O3＋ M ②

式中 M 是气体中任何其它气体分子，不过与此同时，原子氧和电子也同样同臭氧反应形成氧气。

O+03→2O2③

e+O3→O+O2 +e ④

此外，电晕内的气体是处于可促进臭氧分解反应的高温下，所以净臭氧产量或出口产气组成是形成和分解臭氧所有反应的总和。净产率依众多因素而变，包括：原料气的氧气含量和温度、原料气含的污染物、达到的臭氧浓度、电晕中的功率密度、冷却剂的温度和流量及冷却系统的效率。这些因素都影响着实用的、经济上有吸引力的臭氧发生器和系统的设计。