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臭氧的高级氧化工艺

发布日期:2019-07-22 15:54 浏览次数:

以臭氧为主体的高级氧化过程

什么是高级氧化法?
氧化就是使用氧化剂对有机或者无机物进行氧化还原的化学过程。而氧化剂分为很多种,常见的有过氧化氢、高锰酸钾、重铬酸钾、二氧化氯等,他们的主要特点是有高价位的离子起到氧化作用;而高级氧化法最显著的特点是以羟基自由基·OH为主要氧化剂与有机物发生反应。
羟基自由基是一种极强的化学氧化剂,它的氧化电位3.06比普通氧化剂(如臭氧2.07、氯气1.36、过氧化氢1.77)高得多。
反应中,生成的有机自由基·OH可以继续参加·OH的链式反应,或者通过生成有机过氧化物自由基后,进一步发生氧化分解反应直至降解为最终产物CO2和H2O,从而达到了氧化分解有机物的目的。高级氧化分为很多种,比如过氧化氢为主体的氧化法,如Fenton氧化法。H2O2在催化剂的作用下,和亚铁盐能生成两种活泼的氢氧自由基,可以高效氧化有机物。
其他的氧化方法还有二氧化钛氧化法、湿式氧化法等。
    这里同林臭氧专家给大家讲一下臭氧的高级氧化方法。在各个高校、研究所试验过程中具有重要的指导意义:
臭氧同污染物的反应机理包括直接反应(臭氧同有机物直接反应)和间接反应(臭氧分解产生·OH,·OH同有机物进行氧化反应)。O3 的直接反应具有较强的选择性,一般是破坏有机物的双键结构;间接反应一般不具有选择性,在水中O3 生成·OH主要有以下3种途径: 在碱性条件下分解生成·OH,在紫外光作用下生成·OH和在金属催化剂催化下生成·OH。
1)O3/UV工艺
O3/UV工艺机理的解释目前有两种。当O3被紫外光照射时,首先产生游离氧自由基(·O),然后·O与水反应产生·OH
O3→O·+O2
O·+H20→2OH·
 另一种O3/UV过程首先产生H2O2,然后H2O2在紫外光的照射下分解生成·OH。
1/3O3+H2O→H2O2
H2O2→2OH·
需要注意的是:
1、这里的UV灯一定要选择特定波长的,否则不但起不到作用,还会对臭氧起到分解作用。
2、臭氧/UV工艺一般用于净水处理,北京同林把此工艺用在游泳池水处理中,取得了非常良好的效果。
2)O3/金属催化剂工艺
该工艺以固体金属、金属盐及其氧化物为催化剂,加强臭氧反应。目前普遍推测其可能具有两种反应机理: 其一,催化剂仅仅作为吸收剂,O3 和·OH作为主要的氧化剂;其二,催化剂不仅同臭氧反应,还同有机物进行反应。
    目前,从同林臭氧的实际工程应用中,使用中国煤炭科学研究院研发的催化剂,可以提高20-50%的氧化性能。
3)O3/H2O2工艺
在O3水溶液中添加H2O2会显著加快O3分解产生·OH的速率其反应为
O3+OH-→HO2-+O2
当溶液中存在H2O2时,它会部分离解产生HO-
2H2O2→HO2-+H3O+
上述反应生成的HO2-是·OH形成的诱发剂。其机理如下
O3+HO2-→HO2·+O3-·    HO2·→H++O2-·
O2-·+O3→O2+O3-
O-2·+H+→HO3
HO3→OH·+O2
OH·+O3→HO2·+O2
该工艺是处理饮用水和有机废水的方法之一。
日本从20世纪70年代后期开始研究O3/H2O2工艺处理高浓度有机废水,美国则在20世纪80年代将该工艺用于处理城市污水中的挥发性有机物。
北京同林臭氧使用此工艺,处理电镀废水,取得非常良好的效果。用户很多时候发现单纯用臭氧也有效果,但是初期的效果并不明显,后期才开始展现出效果。这是因为,废水中有很多可被氧化的物质,臭氧会优先与反应速度快的物质进行反应,而另外一种物质则无法达到处理的目的。
而羟基自由基·OH与不同有机物质的反应速率常数相差很小,羟基自由基是一种选择性很小的氧化剂,当水中存在多种污染物质时,不会出现一种物质得到降解而另一种则基本不变的情况。所以使用高级氧化法可以取得事半功倍的效果,就源于此。
北京同林专家付博旺建议,高级氧化法需使用氧气源作为臭氧发生器的气源,臭氧出口浓度100-200mg/L为佳。为了提高氧化效果,建议采用高效臭氧气液混合装置。
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