臭氧氧化中的消耗量及臭氧产生形式

臭氧作为常见的化学氧化剂，目前在污水处理方面的应用越来越多。臭氧一旦溶解于水中，便开始衰减，生成羟基自由基（·OH）。臭氧通过两条途径与污染物和微生物作用：1、直接氧化；2、通过它所分解的羟基自由基作用。

1.臭氧需求量和臭氧消耗

臭氧需求量是指在水中检测到任何臭氧残留存在之前必须投加的臭氧量。

这也相当于与易降解化合物快速反应所消耗的臭氧量。臭氧衰减是指当臭氧投加量大于臭氧需求量，残余臭氧浓度随时间减少的速率。水体中臭氧衰减的总速率总体上符合一级反应动力学。

 

臭氧衰减的介绍基于Staehelin和Hoigne开发的模型，如图1所示。纯水中臭氧衰减过程的周期性如图1-(a)所示。该过程必然是由臭氧与氢氧离子之间的反应形成超氧游离基(O2-)和过氧化氢离子(HO2-) 的过程开始，这是一个缓慢的反应过程。结果，衰减过程在高的pH下加速。一次反应完成后，衰减反应进人一种循环过程，如图中的圆环所示。该周期反应由臭氧自身促进完成。如果臭氧浓度增大了，循环会加快。

2.臭氧的产生

高浓度(>23%)的臭氧气体不稳定(易发生爆炸)，并在室温条件下快速衰减。因此，它不能像氯气那样储存在压力容器中输送到水处理厂。臭氧必须在处理厂现场生产。

臭氧能通过光化学、电解、放射化学等方法生成，但是电晕放电法是水处理中最常用的臭氧生成方法。在这种方法中，氧通过被施加在由电介质材料分隔开的两个电极上的高电压电势(见图2)产生的电场产生臭氧。

 

该介电材料可以防止电弧和在其整个表面区域上的分散电场。氧分子穿过电场，它们被分解成高活性单态氧(O·),然后与其他氧分子反应，形成臭氧。

该富氧气体流通过的间隙的宽度为1~3 mm。因为大部分用于臭氧产生的能量被损失产生热，必须冷却臭氧发生器，以避免过热和分解生成的臭氧。冷却是通过使冷却水连续流过旁边的接地电极完成的。

3. 臭氧产生的形式

臭氧能直接从空气中的氧气生成或从纯氧中生成。在较大的水厂里纯氧从现场的空气中产生，或者以液态氧(通常被称为LOX)的方式提供，液态氧不在水厂现场生产，运输到水厂后使用。在某个水厂用来提供氧气产生臭氧的最合适方法取决于经济因素，主要是水厂的规模以及工业来源的液态氧的可获得性。

（1）、用预先准备的周围的空气

最方便的氧气源是空气，其中包含约21%的氧气。空气曾经是臭氧系统最常用的氧气源，但是现在除了小而偏远的水厂，液态氧已经大量取代了空气。周围的空气含有必须去除的颗粒物和水蒸气。水蒸气对电晕放电的臭氧发生器有害的原因有两个:a、水蒸气的存在显著降低臭氧的生成效率；b、痕量水蒸气可以与存在于空气中的氮以及生成的臭氧发生反应形成硝酸，腐蚀臭氧发生器本身。

（2）、液氧运送

液态氧是广泛可得的商品化的工业级的化学物质，是臭氧系统中氧气的最常见的来源。水处理厂可以购买市售液氧，储存在水厂，并用它作为臭氧产生的氧源。液态氧是装在卡车中运送，储存在隔热压力缸中。然后液态氧从罐中取出，输送到蒸发器加热，将液态氧转换到气态。

 

（3）、 现场制氧

两种类型的现场氧气分离和浓缩工艺用于需要氧气的水处理厂:1、变压或真空变压吸附(PSA或VSA)的过程；2、低温氧生成过程。

通常，这些方法的经济性随氧气的需要量增加而提高。在小型水厂，没有比液氧供给系统更经济的。现在在大型污水处理系统中应用通常都不经济。