【Озон】Применение технологии окисления в очистке воды 

1. Развитие и характеристики технологии окисления озоном Озон обладает сильным окислительным свойством и может окислять различные соединения. Поэтому технология окисления озоном широко используется в очистке воды. Технология окисления озоном имеет следующие характеристики: (1) Озон не только обладает хорошими быстрыми стерилизующими и дезинфицирующими свойствами, но и имеет чрезвычайно высокую окислительную способность для окисления органических и неорганических соединений, что может удалять вещества, которые трудно удалить другими процессами очистки воды. (2) Реакция озона является полной и быстрой, что может уменьшить объем структуры. (3) Оставшийся озон будет быстро преобразован в кислород, что может увеличить растворенный кислород в воде с высокой эффективностью, не производя осадка и не вызывая вторичного загрязнения. (4) Улучшая эффект очистки, стерилизации и дезинфекции, он также может удалять запах и привкус. (5) Электроэнергию и воздух, используемые для приготовления озона, не нужно хранить и транспортировать. Устройство окисления озоном занимает небольшую площадь и просто в эксплуатации и управлении. Он особенно подходит для улучшения качества и количества воды на существующих водоочистных сооружениях. 2. Комбинированные озоновые технологии
Существует множество комбинированных озоновых технологий, которые обычно классифицируются следующим образом: ультразвуковая очистка озоном, очистка озоном активного ила, очистка озоновой мембраной, озоновая коагуляция и биологическая адсорбция озона на активированном угле. Каждый метод имеет свои преимущества и недостатки для различных сточных вод. Поэтому для достижения оптимальных результатов следует выбирать различные процессы в зависимости от наличия стойких и токсичных веществ в сточных водах. Ниже кратко описаны методы ультразвуковой очистки озоном и биологической адсорбции озона на активированном угле.
2.1 Озоновая/ультразвуковая очистка
Ультразвуковая очистка может эффективно разлагать стойкие органические загрязнители в сточных водах. Сочетание ультразвука с озоном может повысить эффективность разложения и снизить эксплуатационные расходы. Еще в 1976 году компания DAHI обнаружила, что ультразвук может улучшить процесс озоновой очистки сточных вод. Используя ультразвук частотой 20 кГц для усиления окисления озона в сточных водах биологических очистных сооружений, он обнаружил, что эта технология может снизить дозировку озона на 50%. 2.2 Метод адсорбции озона/биологического активированного угля
Процесс озонирования с использованием биологического активированного угля (O3-BAC) сочетает в себе химическое окисление озона с технологиями физической и химической адсорбции активированного угля и биологического окисления. Этот процесс обеспечивает низкую стоимость очистки, высокую эффективность удаления органических веществ и стабильные результаты.
Окисление сырой воды озоном разлагает крупные органические молекулы на мелкие, повышая их биоразлагаемость и обеспечивая достаточное количество кислорода, что делает их более восприимчивыми к адсорбции активированным углем. Адсорбированное органическое вещество, в свою очередь, обеспечивает питательными веществами для поддержания микробной жизни в угольном слое. Одновременно, благодаря обильному поступлению кислорода, аэробные микроорганизмы размножаются и растут на поверхности активированного угля, образуя биопленку, которая разрушает адсорбированные мелкие органические молекулы. Это обеспечивает одновременную адсорбцию и микробное разложение в слое активированного угля, значительно увеличивая рабочий цикл и эффективность активированного угля. 3. Применение комбинированной технологии озона для очистки промышленных сточных вод
3.1 Очистка фармацевтических сточных вод
Большинство фармацевтических сточных вод имеют высокое ХПК и низкую биоразлагаемость. Очистка исключительно физическими и химическими методами дорогостояща и неэкономична, в то время как традиционная биохимическая очистка совершенно неэффективна. Поэтому предварительная озонирование может использоваться в первую очередь для повышения биоразлагаемости сточных вод, упрощения последующей биологической очистки и снижения ХПК.
3.2 Очистка сточных вод полиграфических и красильных производств
Сточные воды полиграфических и красильных производств представляют серьезную экологическую опасность. Большой объем, нестабильное качество воды, а также сложный и высокий уровень загрязняющих веществ в значительной степени обуславливают их высокую цветность, химическое потребление кислорода (ХПК) и биохимическое потребление кислорода (БПК). Это одни из самых сложных для очистки промышленных сточных вод как в стране, так и за рубежом. Технология окисления озоном использует высокоселективную природу молекул озона, позволяя им напрямую реагировать с красителями с двойными связями, обесцвечивая их посредством раскрытия цикла и улучшая биоразлагаемость сточных вод. Более того, под воздействием ультрафиолетового излучения (УФ) озон превращается в сильные окислители, такие как ˙OH, которые реагируют с органическими веществами, разрушая ненасыщенные связи в хромофорных группах красителей и образуя небольшие бесцветные органические кислоты и альдегиды, тем самым обесцвечивая и разлагая органические вещества. Сочетание окисления O₃/УФ с традиционной биохимической очисткой позволяет сначала удалить большую часть биоразлагаемых органических веществ, а затем провести окисление O₃/УФ оставшихся небиоразлагаемых загрязняющих веществ. Это снижает расход озона и затраты на очистку, одновременно улучшая качество сточных вод.
3.3 Очистка фенольных сточных вод
Фенольные сточные воды являются распространенными и крайне опасными промышленными сточными водами. Фенол является признанным канцерогеном, тератогеном и мутагеном. Очистка промышленных фенольных сточных вод является актуальной проблемой в отрасли очистки промышленных сточных вод. Исследования показали, что очистка сточных вод коксовых заводов с содержанием фенола 227 мг/л озоном при pH 7,3–7,6 и температуре 13–40 °C снижает содержание фенола на 98%.

3.4 Очистка фильтрата свалок
Фильт – это сильно загрязняющая органическая сточная вода с высоким содержанием загрязняющих веществ. Он содержит до 77 видов органических загрязнителей, включая 5 видов канцерогенов и вспомогательные канцерогены, и включен в «черный список» загрязняющих веществ, подлежащих приоритетному контролю в моей стране. Кроме того, фильтрат свалок вызывает значительное загрязнение окружающей среды, почвы свалок и грунтовых вод. Фэн Сюйдун и др. использовали технологию биологического окисления озоном для очистки фильтрата свалок. Эксперимент показал, что после окисления озоном значение CODOF (коэффициент разложения) биоочищенного фильтрата свалок может быть эффективно снижено; после окисления озоном биоразлагаемость биоочищенного фильтрата свалок достигает экстремального значения с увеличением времени окисления. В сочетании с экономической эффективностью очистки, комбинированная технология «био-озон-био» может быть использована для очистки биоочищенного фильтрата свалок.
4. Состояние и тенденции развития озоновых технологий
(1) С широким распространением озоновых технологий в водоподготовке стало ясно, что ключ к успеху озоновых технологий кроется в механизме их реакции с загрязняющими веществами в воде. Однозначного вывода по этому вопросу нет, и этот вопрос все еще изучается. (2) Эффективность генерации озона положительно коррелирует с частотой электропитания. Повышение частоты электропитания генераторов озона всегда было важным направлением исследований. В настоящее время максимальная частота электропитания озоновых генераторов, соответствующих международным стандартам, составляет около 20 кГц. (3) В связи с сильными окислительными, коррозионными и токсичными свойствами озона, материалы компонентов процесса обработки должны быть изготовлены из материалов с высокой коррозионной стойкостью и антиоксидантными свойствами. Это увеличивает стоимость озонирования и не способствует широкому продвижению озоновой технологии. Поэтому снижение стоимости технологии озонирования стало одной из основных задач современных исследований в области озоновых технологий.
(4) Текущая тенденция развития озонаторов заключается в уменьшении их размеров при снижении энергопотребления, повышении коэффициента преобразования энергии, увеличении производительности, повышении степени автоматизации управления, расширении сферы применения озона и ускорении промышленного развития.