飲用水的安全現(xiàn)在比較讓人擔憂，臭氧氧化能力強,用于消毒殺菌殺傷力大,速度快;臭氧可氧化溶解性鐵或錳,形成高價沉淀物,使之易于去除;可將氰化物、酚等有毒有害物質氧化為無害物質;可氧化致嗅和致色物質,從而減少嗅味,降低色度;可將生物難分解的大分子有機物氧化分解為中小分子有機物,使之易于生物降解;使用臭氧預處理,還可以起到微絮凝作用,提高出水水質;應用臭氧,不會在處理過程中產生有害的“三致”物質。
飲用水處理中臭氧的投加方式包括預氧化、中間氧化和最后消毒。臭氧的預氧化可去除水中的無機物、色度、濁度、懸浮固體、異臭和味,可部分分解有機物并滅活微生物,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,并使消毒產生的副產物減到最少[12]。2.1 臭氧預氧化
在飲用水處理中,臭氧氧化法處理的適宜對象主要包括殺菌、除嗅、除味、脫色、除鐵、除錳、除去微量有機物等。去除有機化合物適量濃度的臭氧氧化對水中有機物總量去除不多,但是出水分子量變小、極性變強、可生物氧化性和可吸附性變強。
水源水中含有的有機物來源于自然界和人類活動,在進入水處理廠前,由人為導致的污染物已經經歷了生命或非生命的轉化。這部分有機物同飲用水水質及人類健康密切相關,必須加以去除,降低它們在飲用水中的濃度。
通過臭氧氧化反應可以降解多種有機微污染物,其中包括脂肪烴及其鹵代物、酚類物質、有機胺化合物和有機農藥等,也能產生一些臭氧化副產物,如有機酸,醛(甲醛)等。臭氧對這些有機微污染物的去除情況與有機物的結構及臭氧投量有關。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
錳雖然對人體并無危害,但超過一定值時會使水產生異味和顏色,增加水垢,在服裝等用品上產生銹斑,甚至堵塞水管和用水設備,應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,依靠水流的擴散和輸移帶走。
有代表性的有害氯化消毒副產物(DBPs)主要為三鹵甲烷(THMs)和鹵乙酸(HAAs)等,世界各國均制定了嚴格的DBPs標準。預臭氧化通過兩個途徑控制DBPs:一是直接去除DBPs的前驅物質;二是轉化前驅物質,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。預臭氧化去除DBPs前驅物質的效果取決于原水水質及預臭氧化條件,主要是TOC及Br含量、有機物性質、臭氧投加量及時間、水溫、pH值等。HCO3-的存在有利于THMS前體的去除。雖然目前對預臭氧化控制DBPs的效果說法不一,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微生物細胞膜擴散,所以臭氧能氧化微生物細胞的有機物或破壞有機體鏈狀結構而導致細胞死亡[16]。從而臭氧對過濾性或其他病毒、芽孢等,具有強大的殺傷力,而氯對病毒作用很小或不起作用。用臭氧消毒時對細菌的滅活率都在95%以上,所以經臭氧消毒過的水,其中的病毒實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:①在消毒的同時可改善水的性質,且較少產生附加的化學物質污染。②不會產生如氯酚那樣的臭味。③不會產生三鹵甲烷等氯消毒的消毒副產物。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、青霉菌之類對臭氧具有抗藥性,需較長時間才能將其殺死。單獨使用臭氧作為殺菌劑時,由于臭氧在較短時間內分解掉,殘留效果小,甚至會出現(xiàn)細菌回升現(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用較高的一種。2.3 臭氧的聯(lián)用技術
臭氧雖然能氧化水中許多難降解有機物,但它與有機物的反應選擇性差,且不易將有機物徹底分解為CO2和H2O,其產物常常為羧酸類易于生物降解有機物,如:一元醛、二元醛、醛酸、一元羧酸、二元羧酸類有機小分子。因此水處理一般是采用臭氧與其它處理方法聯(lián)合的工藝來去除難以生物降解的有機物。目前國內外在臭氧氧化及聯(lián)用技術的研究與應用中有兩種趨勢,一種是基于臭氧的高級氧化過程,與其它方法聯(lián)用將臭氧催化轉化為氧化性更強的、而反應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加強臭氧氧化,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)用技術的協(xié)
臭氧預氧化能夠進一步提高常規(guī)給水處理的除藻效果,臭氧是強氧化劑,可以致死藻類或限制它們的生長,對動物性浮游生物的滅活效果好。臭氧氧化可提高后續(xù)絮凝、過濾對藻類的去除效果,減少絮凝劑的用量,有一定的助凝作用。臭氧同時具有除色作用,通過與不飽和官能團反應、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;臭氧的微絮凝效應還有助于有機膠體和顆粒物的混凝,并通過顆粒過濾去除致色物。
核心提示：飲用水處理中臭氧的投加方式包括預氧化、中間氧化和最后消毒。臭氧的預氧化可去除水中的無機物、色度、濁度、懸浮固體、異臭和味,可部分分解有機物并滅活微生物,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,并使消毒產生的副產物減到最少
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