水处理中臭氧的角色和位置（2）

一、臭氧的物理化学性质

臭氧既是一种强氧化剂，亦是一种消毒剂。臭氧作为消毒剂，能杀菌和灭病毒，反应快，投量少，适应性强，pH值在5.6~9.8，水温在0~37℃范围内变化时，对消毒效果影响很少。臭氧作为氧化剂能去除水中色、臭、味和氧化水中可溶性亚铁、二价锰盐类、氰化物、硫化物、亚硝酸盐等。分解水中溶解性有机物，有助于水的絮凝作用，强化水的澄清、沉淀和过滤效果，提高处理后的出水水质。下面介绍臭氧的化学性质。

臭氧(O3)是一种不稳定的具有特殊“新鲜”气味的气体，它是氧的同素异形体，每个分子中含有3个氧原子，常温常压下是一种不稳定的淡蓝色气体，并能自行分解为氧气。

臭氧是良好的氧化剂，具有很强的氧化能力，在天然元素中仅次于氟。臭氧相对密度为氧的1.5倍，空气的1.6倍，在水中溶解度比氧约高10倍，比空气高25倍，1%(质量分数)浓度的臭氧在水中半衰期仅30min，所以臭氧不能像其他常用气体那样装瓶贮存。臭氧主要物理特性和在水中溶解度见下表。

臭氧与水中无机物反应，是放出一个性质活泼的氧原子使无机物氧化，同时放出一个氧分子，臭氧氧化有机物一般认为先生成过氧化物或羟基。

二、臭氧氧化有机物过程

   臭氧是极强的氧化剂，具有很强的氧化能力，它的氧化还原电位:

氧化还原电位越高，氧化性越强。

由于臭氧不稳定，在水中能迅速分解，其分解速度随着温度、pH值的增高而增强，在纯水中臭氧分解的半衰期为15~30min，溶解在水中的臭氧受到羟基离子的催化作用也能很快被还原。

臭氧氧化分解水中有机物，对烯烃类化合物的双键氧化能力最强，其次是胺类和碳氢双键，再其次是炔烃类三键化合物、碳环、杂环化合物、硫化物、磷化物等，臭氧对醇、醛、醚及碳氢化合物的单键氧化能力最弱。

臭氧与水中有机物反应机理是比较复杂的，各种解释不一，根据 Hoigne 和 Bader提出的臭氧在水中的反应理论认为:臭氧与水中有机物进行反应，通过两条途径进行，其一臭氧与有机物直接反应，亦称D反应;其二臭氧与有机物间接反应，即臭氧分解产生羟根自由基(OH?)的间接反应，亦称R反应。二者比较，以D反应速度比较缓慢，有选择性，是去除水中有机物的主反应。R反应是羟根自由基(OH?)和水中有机物、微生物、CO3、HCO3反应。虽然反应能力强，反应速度快，但是选择性差，它既能与有机物反应加速臭

氧分解速度，又能与水中碳酸根和碳酸氢根反应，生成次自由基CO₃^2-?和HCO₃^-?，次自由基也能和有机物反应，但反应速度非常缓慢。下图为臭氧在水中反应途径。

臭氧去除水中有机物的效果一般认为是D反应和R反应的叠加作用，上述两种反应进行的程度取决于不同的反应条件。当水中pH值小于8时，OH?自由基会大大减少，或者水中添加大量HCO3时，也可捕集 OH?自由基，同样可以缓解OH?自由基的反应强度，这样就减弱了臭氧分解速度。因此在低pH值或高碱度情况下，则可强化臭氧直接反应，有利臭氧充分利用，增强其脱色杀菌效果和去除有机物能力，反之处理高pH值或低碱度水质情况下，臭氧分子分解迅速强化了羟基自由基的氧化作用。

臭氧用于给水厂水质处理，以天然水体或受污染的天然水体作自来水源水时，pH值一般在6.0~8.5之间，水体中并存在相当数量的碳酸根离子和碳酸氢根离子，臭氧投加后仍然以D反应为主、R反应为辅的途径去除水中污染有机物。