臭氧氧化在水處置中的教育課件

臭氧氧化在水處置中的PPT講座

早在1906年法國尼斯第一次使用臭氧消毒飲用水起,臭氧應(yīng)用的數(shù)量和領(lǐng)域日益增多,臭氧可以用于地下水、地表水、生活工業(yè)廢水的處理和凈化,因為眾所周知,臭氧是一種高效的氧化劑.考慮到投資和運行成本,臭氧氧化仍然不是一種低廉的工藝.但大量過去和最近的研究表明,分子態(tài)臭氧是一種十分有效而且很有前途的消毒劑,效果優(yōu)于氯、二氧化氯、氯胺和羥基自由基.間接反應(yīng)O3+OH-=O2-·+HO2·K=70M-1s-1O3+O2-·=O3-·+O2K=1.6*109M-1s-1O3-·+H+=HO3·pKa=6HO3·=OH·+O2K=1.1*108M-1s-1OH·+O3=HO4·K=2.0*109M-1s-1HO4·=HO2·+O2K=2.8*104M-1s-1有機分子存在時...H2R+OH·=HR·+H2OHR·+O2=HRO2·HRO2·=R+HO2·HRO2·=RO+OH·但是有些無機分子會讓鏈終止.OH·+CO32-=OH-+CO3-·K=4.2*108M-1s-1直接反應(yīng)臭氧對有機物的直接氧化是一個反應(yīng)速率常數(shù)很低的選擇性反應(yīng),它的機理本身是從非水溶液中發(fā)展起來的.臭氧與給電子基有機物反應(yīng)速率較快.通常,在酸性條件下(PH<4) ,以直接反應(yīng)為主;在堿性條件下(PH>10),以間接反應(yīng)為主(氫氧根起的作用).對于地下水和地表水,這兩種途徑都很重要.對于特殊廢水來說,PH=2時,仍然存在間接反應(yīng).取決于污染物的性質(zhì).此外,還有高級氧化過程(AOP).最常用的過程有:臭氧/過氧化氫,臭氧/紫外線,過氧化氫/紫外線等,開發(fā)其的目的是希望產(chǎn)生非選擇性而且反應(yīng)迅速的羥基自由基氧化污染物,對于臭氧無能為力的目標(如一些有機微污染物),AOP是必要的.臭氧較少用于氧化水中的無機物,主要用于氧化NO2-和CN-.其余的無機化合物氧化,有的速度慢,有的受到PH和溫度的限制.對于一個由臭氧氧化,生物降解,吸附,強化混凝甚至膜工藝等組成的現(xiàn)代水處理技術(shù),其首要任務(wù)就是除去天然有機物,或轉(zhuǎn)換為對氯氣惰性的物質(zhì).臭氧氧化所要求的DOC(溶解性有機碳值)最低限濃度大約為1mg/L,但有時會出現(xiàn)處理更低DOC的水.要達到20%以上的去除率,每克DOC通常需要3克或更多臭氧.為了達到最佳生物可降解DOC,建議臭氧投加量為1-2g/L.實驗設(shè)計影響參數(shù)溫度T

壓力P

酸堿度

離子強度μ

反應(yīng)器體積V

氣體液體流速Q(mào)(G),Q(L);氣相臭氧濃度C(G);液相臭氧濃度C(L);引發(fā)劑濃度C(I);終止劑濃度C(S);促進劑濃度C(P);

傳質(zhì)系數(shù)K;臭氧氣相液相反應(yīng)速率R(G),R(L);污染物在液相的反應(yīng)速率R(M)如果提供所有參數(shù),信息量太大,應(yīng)該根據(jù)用途進行分類篩選.除了運行參數(shù)之外,臭氧的所有參數(shù)和污染物的驅(qū)除效率是必不可少的.實驗裝置系統(tǒng)組成首選材料備注反應(yīng)器玻璃/不銹鋼/聚氯乙烯------分散器陶瓷/聚四氟乙烯聚四氟乙烯價格昂貴管道和閥門玻璃/不銹鋼/聚四氟乙烯/全氟烷氧烯/聚氯乙烯/聚偏二氟乙烯/聚烷氧基乙烯玻璃易碎,聚四氟乙烯和全氟烷氧烯較貴,聚氯乙烯/聚偏二氟乙烯/聚烷氧基乙烯較便宜,但聚偏二氟乙烯緩慢氧化,長時間使用不好.密封聚四氟乙烯/全氟烷氧烯------商業(yè)用途的臭氧發(fā)生器主要用不銹鋼,盡管它會發(fā)生腐蝕,但為了使反應(yīng)在較高的壓力運行(200-600kPa),不銹鋼還是首選.實驗室主要用便宜的聚氯乙烯作反應(yīng)裝置,利用PVC管道很容易制造管式發(fā)生器,主要缺陷為耐腐蝕和耐壓能力差,考慮到一些材料能顯著加速臭氧分解,破壞反應(yīng)平衡,以及實驗室的系統(tǒng)清潔性,建議使用PVC材料,石英玻璃也能適應(yīng)大部分實驗要求.空氣放電:用于一般要求的場所.使用放電式臭氧發(fā)生器（EDOGS）,通常是中頻(200-650Hz)高壓系統(tǒng)(8500-10000V),要求冷卻.電解高純水:用于純水生產(chǎn)行業(yè),實驗室和小規(guī)模工業(yè)應(yīng)用.使用電解臭氧發(fā)生器(ELOGS),電壓3-6V,電流50A,電解池用精煉金屬制成以保證導(dǎo)電性.同樣要求冷卻.相對EDOGS成本較高.光化學(xué):光輻射氧氣,實驗室和工業(yè)應(yīng)用的新技術(shù).放射化學(xué):利用放射性元素分解水:應(yīng)用較少,僅用于實驗室.直接供氣反應(yīng)器鼓泡塔

罐式攪拌反應(yīng)器

容積通常為2-10L,高度直徑比值通常在5和10之間.其中液相反應(yīng)相當于1.5-4級的階梯式反應(yīng)器內(nèi)的完全混合反應(yīng).由于氣體的流動能量是氣液混合的唯一驅(qū)動力，如果氣體流速很小，反應(yīng)將進行不完全。而且一般不能進行深入研究

比較容易模擬完全混合狀態(tài)。裝置分為氣相室與液相室,可以各自調(diào)節(jié)攪拌速度,可以調(diào)節(jié)傳質(zhì)速度.傳質(zhì)區(qū)域不受氣體流量影響其反應(yīng)級數(shù)一般高于鼓泡塔的.如果是進行研究，推薦使用技術(shù)較為成熟的罐式攪拌反應(yīng)器.間接供氣發(fā)生器(均相體系)環(huán)型管孔徑0.1-1.0nm,多用于實驗室,工業(yè)廢水處理中容易被沉淀物堵塞,故而較少用于實際應(yīng)用PIFE膜孔徑小,抗壓能力強,氣液對流混合,主要用于半導(dǎo)體行業(yè)水處理.兩相噴頭氣體流速大時,傳質(zhì)速率很大,但是臭氧濃度因此降低,對實驗室研究意義不大.靜態(tài)混合器用于氣液混合,小巧易操作,維護要求低,氣液兩相徑向相遇,強烈混合,臭氧分配均勻,反應(yīng)較為完全.但能耗大,更多應(yīng)用于實際工程.臭氧反應(yīng)器的反應(yīng)可以是間歇式的,也可以是連續(xù)式的.要根據(jù)實際情況選擇運行模式.間歇式反應(yīng)工作量小,但誤差可能偏大;連續(xù)式反應(yīng)工作量大,但由于反應(yīng)器運行模式和流體靜力學(xué)的不同會導(dǎo)致反應(yīng)速率和產(chǎn)物的不同,連續(xù)式反應(yīng)就能顯出它的優(yōu)點.臭氧檢測碘量法:適用于測量氣相或液相中的臭氧.測量時必須先把氣體或液體通入碘化鉀溶液，氧化產(chǎn)物碘用硫代硫酸鈉滴定，用淀粉做指示劑.2KI+O3+H2O=I2+O2+2KOHI2+2S2O32-=2I-+S4O62-這種方法費用很低，但是碘可以被電極電位大于0.54eV的物質(zhì)氧化,這就造成它對氧化物選擇性低.紫外吸收法:臭氧的最大吸收波長在254納米處.根據(jù)朗伯—比爾定律,波長254納米處紫外光強度降低與臭氧濃度變化成比例.但是水中一些有機物同樣吸收紫外線,因此常常配合使用硫代硫酸鈉,先用吸光光度法測出有機物和臭氧的吸收值之和,再用硫代硫酸鈉除去臭氧,然后測出有機物吸收值.測量方法簡單易行,可以連續(xù)測量,但容易受到芳香族的干擾.靛藍法:和上述兩種方法不同的是只適用于液體,水中的臭氧濃度可以通過靛藍三磺酸鹽脫色反應(yīng)測定.PH<4時,1mol 臭氧可以讓1mol靛藍三磺酸鹽脫色(藍—無),速度非常快,而且過氧化氫與之反應(yīng)非常緩慢,選擇性好.價格