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臭氧发生器在漂染废水中的应用

日期:2017/11/17 | 阅读:328次

  在科技人员多次研究实验的基础上,决定在生化处理前,先进行臭氧强氧化新技术预处理,再进行生化降解和臭氧氧化脱色的深度处理,使剩余有机物及色度污染物进一步去除,舍去了以前价格昂贵的脱色剂和混凝剂,使用此方法,既大大降低处理成本,又实现达标排放和节能减排的要求。在此基础上,不断总结经验,为实现中水循环回用实现零排放奠定基础,实现废水资源化,创造更大的社会效益和经济效益。
    臭氧氧化漂染废水难降解有机物的分解及脱色机理:
    臭氧是目前世界公认的绿色强氧化剂,具有多种功能,尤其是能提高难降解有机物的生物降解度。其机理在于通过臭氧氧化原子能组进所处理的物质中,改变原有物质的分子结构和性能,从而提高其生物降解度。漂染废水中含有多种难降解的有机物,用臭氧氧化技术进行生物前处理印染高浓度有机废水,从理论分析,是完全可行的,诸如其它行业(如农药厂、化工厂、制药厂、焦化厂等)也有类似用途,目前的研究应用也在进行中。染料显色是由其发色基团引起的,如乙烯基,偶氮基,氧化偶氧基,羟基,硫酮,亚硝基,亚乙烯基等.,这些发色基团都有不饱和键,臭氧能使染料中所含的这些基团氧化分解,生成分子量较小的有机酸和醛类,使其失去发色能力。所以,臭氧既是氧化剂又是良好的脱色剂。从根本上讲,臭氧的脱色原理就是臭氧及其产生的活泼自由基(·OH)使染料发色基团中的不饱和键断裂,从而改变了原有分子结构和化学特性,达到了脱色和降解有机物的目的。臭氧对各种染料的作用结果有所不同,对亲水性染料脱色快、效果好;对疏水性染料脱色速度慢、效果差。漂染废水经臭氧技术预处理后,提高了难降解有机物的生物降解度,并去除了绝大部分色度,使后续的生化处理达到最佳效果。在生物难降解处理的废水中,在废水中各种成分相对稳定的情况下,COD与BOD之间存在着一定的比例关系,通常CODcr>BOD20>BOD5 。其中 比值可作为废水是否适宜生化法处理的一个重要衡量指标,比值越大越容易被生化处理。
    研究证明: 纺织废水中的有色(聚)芳香族化合物(常含有大量Cu、Ni、Zn、Cr等金属离子混合在一起),表面活性剂以及氯基苯酚类、 苯磺酸类等几十种难降解置换芳香族化合物,经臭氧氧化后,生物降解度得到提高,因此,废水中的难降解有机物经臭氧氧化后,成为低分子且分子结构发生了变化,去除了阻碍生化的因素,使生物降解度得到了改善,大大的提高了可生化性,可作为废水生物处理的预处理工艺。臭氧在水处理中主要作用以下方面:
  1.氧化无机物
  臭氧能将水中的二价铁、锰氧化成三价铁及高价铁,使溶解性的铁、锰变成固态物质,以便通过沉淀和过滤除去。其反应式如下:
  2Fe2++O3+3H2O→2Fe(OH)3
  3Mn2++203→3MnO2
  3Mn2++4CN3→3MnO4
  常规的水处理对氰化物的去除效果不大,而臭氧则能很容易地将氰化物氧化成毒性小100倍的氰酸盐。其反应式如下:
  CN-+O3→CNO-+O3
  3CN-+O3→3CNO-
  氰酸跟在碱性或酸性条件下,都能进行水解,而转化成氮化物,其反应式如下:
  CNO-+OH-+H2O→CO32-+NH3
  NH3+3O3→2NO3+3H2O
  在酸性条件下
  CNO-+2H++H2O→CO2↑+NH4+
  3NH4++5O3→3NO3-+6H20
  臭氧是强氧化剂能将氨氧化成硝酸盐,臭氧还能将水中的硫化氢氧化成硫酸,从而减轻了水中的臭味。
  2.氧化有机物
  臭氧能够氧化许多有机物,如蛋白质、氨基酸、有机胺、链型不饱和化合物、芳香族、木质素、腐蚀质等,目前水处理中,采用CODC和BOD5作为测定这些有机物的指标,臭氧在氧化这些有机物的过程中,将生成一系列中间产物,在氧化的同时产物会更高,为了很好降解必须投加足够的臭氧产量,以使有机物氧化彻底,才能转化为无机物。尤其水中含有酚类化合物时,臭氧处理可以去除酚所产生的恶臭。其次,如表面活性剂(ABS等),微生物使其分解,而臭氧却很容易氧化分解这些物质。
  3.消毒
  臭氧是非常有效的杀菌剂。各种常用消毒的效果按以下:
  O3>CLO2>HOCL>OCL>NHCL2>NH2CL
  研究显示,臭氧杀菌效果好、速度快,而且对消灭病毒也很有效。影响臭氧氧化的主要因素有水温、PH值、悬浮物浓度、臭氧浓度、臭氧投放量、接触时间和剩余臭氧等。
  目前国内染色废水大都采用生化加混凝沉淀的处理工艺,在采用这种工艺处理后,废水的COD和色度去除率不太理想,因为废水中含有难以生物降解的高分子助剂和合成染料, "臭氧氧化技术"作为一种高级氧化技术,可以用于去除漂染废水的色度和难降解有机物等。
  臭氧发生器工作原理
    按臭氧产生的方式划分,目前的臭氧发生器主要有三种:高压放电式、紫外线照射式、电解式。
  一、高压放电式发生器
  该类臭氧发生器是使用一定频率的高压电流制造高压电晕电场,使电场内或电场周围的氧分子发生电化学反应,从而制造臭氧。
  这种臭氧发生器具有技术成熟、工作稳定、使用寿命长、臭氧产量大(单机可达1Kg/h)等优点,所以是国内外相关行业使用最广泛的臭氧发生器。
  在高压放电式臭氧发生器中又分为以下几种类型:
  1.按发生器的高压电频率划分,有工频(50-60Hz)、中频(400-1000Hz)和高频(>1000Hz)三种。工频发生器由于体积大、功耗高等缺点,目前已基本退出市场。中、高频发生器具有体积小、功耗低、臭氧产量大等优点,是现在最常用的产品。
  2.按使用的气体原料划分,有氧气型和空气型两种。氧气型通常是由氧气瓶或制氧机供应氧气。空气型通常是使用洁净干燥的压缩空气作为原料。由于臭氧是靠氧气来产生的,而空气中氧气的含量只有21%,所以空气型发生器产生的臭氧浓度相对较低,而瓶装或制氧机的氧气纯度都在90%以上,所以氧气型发生器的臭氧浓度较高。 
  3.按冷却方式划分,有水冷型和风冷型。臭氧发生器工作时会产生大量的热能,需要冷却,否则臭氧会因高温而边产生边分解。水冷型发生器冷却效果好,工作稳定,臭氧无衰减,并能长时间连续工作,但结构复杂,成本稍高。风冷型冷却效果不够理想,臭氧衰减明显。总体性能稳定的高性能臭氧发生器通常都是水冷式的。风冷一般只用于臭氧产量较小的中低档臭氧发生器。在选用发生器时,应尽量选用水冷型的。 
  4.按介电材料划分,常见的有石英管(玻璃的一种)、陶瓷板、陶瓷管、玻璃管和搪瓷管等几种类型。目前使用各类介电材料制造的臭氧发生器市场上均有销售,其性能各有不同,玻璃介电体成本低性能稳是人工制造臭氧使用最早的材料之一,但机械强度差。陶瓷和玻璃类似但陶瓷不宜加工特别在大型臭氧机中使用受到限制。搪瓷是一种新型介电材料,介质和电极于一体机械强度高、可精密加工精度较高,在大中型臭氧发生器中广泛使用,但制造成本较高。
    5.按臭氧发生器结构划分,有间隙放电式(DBD)和开放式两种。间隙放电式的结构特点是臭氧在内外电极区间的间隙内产生臭氧,臭氧能够集中收集输出使用其浓度较高,如用于水处理。开放式发生器的电极是裸露在空气中的,所产生的臭氧直接扩散到空气中,因臭氧浓度较低通常只用于较小空间的空气灭菌或某些小型物品表面消毒。间隙放电式发生器可代替开放式发生器使用。但间隙放电式臭氧发生器成本远高于开放式。 
  二、紫外线式臭氧发生器
    该类臭氧发生器是使用特定波长(185mm)的紫外线照射氧分子,使氧分子分解而产生臭氧。由于紫外线灯管体积大、臭氧产量低、使用寿命短,所以这种发生器使用范围较窄,常见于消毒碗柜上使用。
  三、电解式发生器
    该类臭氧发生器通常是通过电解纯净水而产生臭氧。这种发生器能制取高浓度的臭氧水,制造成本低,使用和维修简单。但由于有臭氧产量无法做大、电极使用寿命短、臭氧不容易收集等方面的缺点,其用途范围受到限制。目前这种发生器只是在一些特定的小型设备上或某些特定场所内使用,不具备取代高压放电式发生器的条件。

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