概要
臭氧可有效用于城市和工业废水的处理。对臭氧应用的广泛研究对反应的化学计量、反应动力学、反应体系、反应机理进行了深入研究，使得臭氧在废水处理的不同领域中安全应用成为可能。应用可以是预臭氧化、后臭氧化或单独的臭氧化。臭氧是一种强氧化剂，不会留下残留的有害产物，没有污泥处理问题，并增加废水中的溶解氧含量，有助于进一步降解残留污染物。因此，臭氧可用于处理所有类型的废物，例如城市废水、工业废水、受污染的地下水、游泳池水的处理、造纸工业废水的处理、染料工业废水的处理、脱色、废气处理、氰化物废水处理、重金属处理、酚类化合物去除等，特别是作为强效消毒剂。所有这些特性使臭氧成为所有类型废水处理的最终处理方法。本文的目的是对臭氧在废水和饮用水不同领域的使用进行详细研究。
介绍
在过去的十年中，臭氧的应用变得越来越流行。生产臭氧和反应动力学技术的发展使得该工艺在生产低成本臭氧并将其应用于废水处理问题方面是可靠的。根据废水的类型及其物理化学性质，应用可以是单独的臭氧化、预臭氧化和后臭氧化。由于其高氧化性和无油泥问题，应用领域大大增加。大多数应用程序更可行和可行。臭氧是强氧化剂，能够氧化降解许多有机和无机化合物。易溶于水，易于监测；它很容易分解成氧气，不会留下副产物或残留的有毒化合物。是强力消毒剂。与产生 THM、氯胺和其他具有致癌性的有毒化合物的氯相比，臭氧不会产生任何二次污染物。许多臭氧反应本质上是快速的。更快的反应意味着所需的接触时间更短，并且可以轻松处理大体积。与病毒的反应如此之快，以至于难以进行分析研究。它在废水中留下残留的氧气，有助于进一步降解。没有风险和毒性和气味问题。臭氧的有效性是次氯酸的 25 倍，是次氯酸盐的 2500 倍，是氯胺的 5000 倍。所有这些优异的性能使得臭氧在废水和饮用水处理的不同领域越来越得到应用。臭氧广泛用于处理饮用水以改善口感，气味、颜色、杂质的消毒和生物降解性。臭氧的三级处理降低了 BOD/COD、浊度、颜色 TS 并增加了 DO 水平。表1显示了臭氧在废水处理各个领域的应用。
臭氧
发现于 19世纪通常在闪电风暴期间产生，臭氧是氧的三原子同素异形体，分子量为 48。它是一种蓝色气体，具有刺激性气味，浓度约为 0.01 ppm，大多数人在空气中很容易检测到。它的密度是 02 的 1.5 倍，在水中的溶解度是 12.5 倍。臭氧分子的结构是一个钝角结构，其中一个中心氧原子连接到两个等距的氧原子上。夹角约为 160°49’，键长为 1.278°A。臭氧在红外可见光和紫外辐射中有很强的吸收带。2537 °A 处的最大吸收特别强，提供了一种方便的测量方法。只有氟才能超过臭氧的氧化电位和反应性。臭氧的应用包括饮用水中各种形式的细菌和病毒的杀菌，去除异味和颜色，腐殖酸和黄腐酸的氧化，去除三卤甲烷前体，去除纸浆和造纸工业中的木质素含量，合成物的去殖民化着色体-有机染料，去除可溶性难降解有机物，氯化或次氯化的可行替代方法，抗生物降解的化合物的氧化，游泳池水的消毒，细菌消毒，病毒灭活，可溶性铁/或锰的氧化，颜色去除，味道和气味去除和藻类去除，酚类，洗涤剂，杀虫剂的氧化和溶解有机物的微絮凝。一些应用程序进行了详细讨论。腐殖酸和黄腐酸的氧化，三卤甲烷前体的去除，纸浆和造纸工业中木质素含量的去除，合成有色体-有机染料的去殖民化，可溶性难降解有机物的去除，氯化或次氯化的可行替代方案，化合物的氧化抗生物降解、游泳池水消毒、细菌消毒、病毒灭活、可溶性铁/或锰的氧化、颜色去除、味道和气味去除和藻类去除、酚类、洗涤剂、杀虫剂的氧化和溶解有机物的微絮凝。一些应用程序进行了详细讨论。腐殖酸和黄腐酸的氧化，三卤甲烷前体的去除，纸浆和造纸工业中木质素含量的去除，合成有色体-有机染料的去殖民化，可溶性难降解有机物的去除，氯化或次氯化的可行替代方案，化合物的氧化抗生物降解、游泳池水消毒、细菌消毒、病毒灭活、可溶性铁/或锰的氧化、颜色去除、味道和气味去除和藻类去除、酚类、洗涤剂、杀虫剂的氧化和溶解有机物的微絮凝。一些应用程序进行了详细讨论。可溶性难降解有机物的去除、氯化或次氯化的可行替代方案、抗生物降解的化合物的氧化、游泳池水的消毒、细菌消毒、病毒灭活、可溶性铁/或锰的氧化、颜色去除、味道和气味去除藻类去除、酚类、去污剂、杀虫剂的氧化和溶解有机物的微絮凝。一些应用程序进行了详细讨论。可溶性难降解有机物的去除、氯化或次氯化的可行替代方案、抗生物降解的化合物的氧化、游泳池水的消毒、细菌消毒、病毒灭活、可溶性铁/或锰的氧化、颜色去除、味道和气味去除藻类去除、酚类、去污剂、杀虫剂的氧化和溶解有机物的微絮凝。一些应用程序进行了详细讨论。洗涤剂、杀虫剂和溶解有机物的微絮凝。一些应用程序进行了详细讨论。洗涤剂、杀虫剂和溶解有机物的微絮凝。一些应用程序进行了详细讨论。
市政和饮用水处理
臭氧作为消毒剂
臭氧已被用于水的消毒。自本世纪初以来，它被应用于巴黎市和法国的水处理。美国大约有 38 家污水处理厂使用臭氧进行消毒。两家法国工厂正在大西洋度假小镇工作。这些工厂有不同的目标，一种使用臭氧去除 SS，另一种用于浮选去除，第三种氧化有机物。臭氧不仅是一种消毒剂，而且是其他处理过程中不可或缺的一部分。对臭氧的研究表明，臭氧是一种比氯更快、更有效的消毒剂，如果使用得当，可以降低SS、BOD、COD等污染物。应用 5mg/L 的臭氧 2 分钟显着降低了总菌落数和粪大肠菌群水平。当对高级废水进行臭氧处理时，为 2.5 mg/L。相同接触时间的浓度降低了 1,000 倍的细菌水平。缅因州奥蒂斯斯普劳特大学指出，有 100 多种不同的病毒株能够在水中传播疾病；可能只需要一种或两种病毒即可产生疾病。臭氧消毒应用对于任何国家的医疗健康和未来都至关重要。它是一种强效杀病毒剂。最近的研究表明，臭氧杀死病毒比杀死细菌更彻底、更迅速。可能只需要一种或两种病毒即可产生疾病。臭氧消毒应用对于任何国家的医疗健康和未来都至关重要。它是一种强效杀病毒剂。最近的研究表明，臭氧杀死病毒比杀死细菌更彻底、更迅速。可能只需要一种或两种病毒即可产生疾病。臭氧消毒应用对于任何国家的医疗健康和未来都至关重要。它是一种强效杀病毒剂。最近的研究表明，臭氧杀死病毒比杀死细菌更彻底、更迅速。
污泥脱水
1960 年末，人们注意到用氯消毒城市废水的有害影响，并开始研究替代消毒剂。臭氧会破坏使污泥难以脱水的丝状细菌生长。选择性应用的小剂量臭氧可能会破坏如此紧密地保持水分的细胞结构。用于气味控制的臭氧是一种成熟的工艺，爱荷华州锡达拉皮兹和北卡罗来纳州温斯顿塞勒姆等城市已在其废水处理厂中成功使用臭氧。
浮选
臭氧可有效破坏细胞结构和漂浮颗粒。1980 年中期，一个新的 1,25,000 加仑/天的污水处理厂在纽约马里恩上线。二级处理由 3 个充气泻湖提供，可去除约 90% 的 BOD。除了将流出物中的 BOD 含量降低到 5 mg/L 之外，剩余的 BOD 在排放前通过臭氧浮选处理。臭氧化还可以破坏藻类、引起凝结、去除 SS、破坏细菌和灭活病毒，并提供对可能进入植物的有毒物质的保护。臭氧的需求量为 10 mg/L。
日本的中水回用
日本人在他们的全国各地安装了迷人的花园，所有这些花园都包含小溪流。使用臭氧处理综合体中的污水，使污水可以排放到这些花园中，为此目的可接受，污水必须清澈无味。
污泥调理
在新泽西州西纽约市的 10 mgd 污水处理厂，安装了一种独特的自由基工艺，用于将初级污泥转化为可用于垃圾填埋场的干燥、自由流动的纸板状材料。该工艺称为氧合合成，成本约为传统污泥处理工艺的一半。
饮用水处理中的臭氧
臭氧在处理饮用水方面非常有效。自 1906 年以来，法国尼斯市一直将山间溪水臭氧化用于饮用目的。今天，超过 600 家其他法国水处理厂正在将臭氧用于多种用途。全世界有 1,300 多家饮用水处理厂将臭氧用于一种或其他目的，美国有 20 家工厂正在使用臭氧技术运行。供水中的大多数味道和气味来自天然或人造的有机材料污染。腐殖质的细菌分解赋予地表水味道，藻类和放线菌的作用也会产生令人反感的味道。这些气味中的大部分通过臭氧处理而被去除。
GAC 性能的改进
臭氧被成功地用于提高 GAC 的性能，一旦在 GAC 吸附之前安装了臭氧，硫化物气味消失了，并且在需要重新活化之前 GAC 的使用寿命延长到 21 个月以上。规模为 50 mgd 的西风工厂全面运行，配备臭氧、砂滤、GAC 吸附和氯消毒。Schalekamp 发现用臭氧进行预处理可以延长 GAC 吸收剂的使用寿命。三级臭氧化于 1970 年在欧洲流行起来。据观察，80% 的有机物被去除，产品不含三卤甲烷。臭氧剂量要求为 3.5 mg/L，三阶段臭氧的要求为 4.5 mg/L。
促进生物活性
当 GAC 吸附在臭氧化/砂滤之后，溶解有机物的生物氧化可延长 GAC 的使用寿命。今天，至少有两几十个欧洲自来水厂使用臭氧/过滤/GAC吸附工艺，这种工艺被称为生物活性炭。法国最近已将臭氧化纳入几个饮用水处理厂，以促进生物活动。第一家采用该工艺的工厂位于鲁昂，生产优质水。在鲁昂工艺中，该工艺结合了预臭氧化以在工艺早期氧化铁、锰和有机物。两阶段过程显示了使用臭氧的经济性。多级臭氧化比单级臭氧化更具成本效益。在多次处理过程中，臭氧要求为 4.5 mg/L。适用于所有应用的臭氧。
受污染地下水的臭氧处理
臭氧处理地下水是一种有效的方法，具有溶解氧含量高的优点；溶解的有机物已被臭氧部分氧化，因此现在更易于生物降解。随着臭氧系统的安装，DO 水平从 1 mg/L 上升到 6-8 mg/L 之间。在德国，臭氧对污染地下水的处理已取得成功，所有受污染的地下水均已成功处理成优质饮用水。
去除悬浮固体
自 1978 年以来，在加利福尼亚的 chino 盆地，一座 5 mgd 的二级处理厂一直在使用臭氧进行微絮凝并去除悬浮固体，而无需添加化学物质。该厂的出水回灌到地下水中。与替代处理工艺相比，臭氧化可降低悬浮固体的水平，而不会向流出物中添加任何总溶解固体，可有效去除病毒并且具有成本效益。该过程中所需的臭氧剂量为 10 mg/L。在加利福尼亚，一个 5 mgd 的二级处理厂一直在使用臭氧进行微絮凝并去除 SS。
臭氧除浊
臭氧在降低浊度、将 SS 和 DS 转化为各自的稳定形式方面非常有效。加利福尼亚州洛杉矶市有一个基于臭氧技术的饮用水处理厂，其处理能力为 580 mgd 饮用水，可将浊度降低至 0.3 个浊度单位。
最大的饮用水处理厂于 1986 年在损失天使市设计，基于臭氧技术。氧气产生约 7,300 磅/天的臭氧来处理 580 mgd 的城市饮用水，将浊度降低到 0.3 个浊度单位以下。通过使用臭氧作为微絮凝剂，可以实现高过滤率。如果没有臭氧处理，凝结水和絮凝水的过滤率不能超过 9 gal/min/ft 2。
臭氧和游泳池水处理
自 1950 年以来，欧洲就开始使用臭氧处理游泳池水。有 3,000 个游泳池使用臭氧化工艺。由于红眼反应是由氯胺引起的，因此基于臭氧的处理厂越来越受欢迎。
近年来，德国游泳池技术专家开发了一种创新的水处理工艺，该工艺利用臭氧的氧化能力并用溴代替氯。已经证明，红眼反应是由氯胺引起的，而溴胺不会产生这种效果。
在新的处理过程中，溴化物被添加到池水中，然后被臭氧化。在臭氧化过程中，溴离子被氧化成溴，溴是杀菌剂/消毒剂。臭氧化水通过 GAC 以破坏臭氧。含有溴且不含臭氧的水进入池中。
工业应用
造纸工业废水处理中的臭氧
早在研究开始消除纸浆和造纸工业废水造成的污染，臭氧化已被广泛研究的方法。造纸工业废水中含有多种类型的木质纤维素结构。该行业产生的废水往往受到严重污染和高度着色，特别是当工业过程使用人工着色剂时。在这里，传统的废水处理通常证明效率有限，臭氧化有效地从含有腐殖质的造纸工业废水中去除颜色。很难确定臭氧化对腐殖质结构的确切化学影响。臭氧与负责着色的分子发生反应，分解那些具有高电子密度的官能团。其中包括腐植酸、单宁、和植物物质中常见的木质素。臭氧接近 10-15 毫克/升。需要将工业废水的污染负荷降低到显着水平。
印染工业废水处理中的臭氧
印染工业产生的废水中含有许多人工着色剂。我们可以根据不同的参数对流出物进行分类。物理性质包括颜色、浊度（溶解和悬浮的杂质）等，而化学性质包括酸性染料、碱性染料、硫化染料、偶氮染料、金属络合物染料等的成分。
一般来说，生物处理只能带来废水颜色的轻微改善。这是因为负责着色的分子是不可生物降解的。然而，可以通过曝气或充氧来改善流出物的颜色。脱色的一种方法可能是通过破坏双氮-氮键，这可以通过臭氧处理后出现的 NO 和 NOz 自由基得到证实。
臭氧去除颜色
地表水通常被腐殖酸、黄腐酸和单宁酸等天然有机物质着色。这些化合物是植物材料腐烂的结果，通常与酚类化合物的缩合产物有关，它们具有共轭碳/碳双键。臭氧迅速破坏有机双键。随着更多的这种双键被消除，颜色就会消失。用 2-4 ppm 的臭氧处理地表水通常可以脱色。
臭氧处理有毒废物
工业废水的无毒化是近来非常重要的一个问题。尤其是化学工业，会排放许多具有高直接毒性的物质。对于这种类型的废物，仅仅稀释是不够的抗污染措施。在考虑毒性时，浓度水平是关键因素。臭氧越来越多地用于消除所有微量有害物质的三级处理。这里的优点是臭氧处理不需要使用添加剂，这可能比去除的化合物有毒。
在含有有毒化合物的混合物中，臭氧并不总是与我们希望消除的化合物发生特异性反应。出于这个原因，建议尽可能先应用传统的净化技术，然后将臭氧化作为第二或第三阶段。在考虑毒性时，浓度水平是一个关键因素。
因此，臭氧越来越多地被用作消除所有微量有害物质的最终处理阶段。
臭氧处理氰化物废物
从化学上讲，氰化物污染物可分为三大类：
a) 氢氰酸，
b) 简单的碱性氰化物（氰化钠、氰化钾）
c) 可溶性络合氰化物（氰化铜钾、钠、氰化铁、氰化铁钾等）。
氰化物是剧毒废水的主要例子。这些物质在浓度低至 25 ppb 时对鱼类有毒。它们是强大的酶抑制剂，并继续在许多行业中得到广泛应用，例如矿物提取的泡沫浮选、贵金属矿石的氰化、焦化厂的气体净化、有机化合物（塑料、纺织品）的合成、医药产品的制造等。
大量氰化物从表面处理厂的脱脂槽、电镀槽和冲洗槽中排出。这些来源的废水中的氰化物浓度可以在 20-100 mg/L 之间变化。
氰化物和氰化物络合物可以通过臭氧处理破坏，在对含有高达 10,000 mg/L 氰化物的美国空军工业废物进行的测试中，用臭氧和紫外线处理。该处理将氰化物浓度降低到可检测水平以下。
臭氧去除废水中的重金属
工业废水通常含有重金属，其毒性已广为人知。与氰化物一样，重金属可能以游离形式和复杂化合物形式存在于水中。臭氧将过渡金属氧化至更高的氧化态，在这种氧化态下，它们通常形成溶解度较低的氧化物；易于过滤分离。其他金属，如镉、铬、钴、铜、铅、锰、镍、锌等，可以用类似的方式处理。
从广义上讲，臭氧将这些重金属氧化成金属氧化物或氢氧化物，这些金属氧化物或氢氧化物会沉淀出来，很容易从水中去除。臭氧用于去除多种行业产生的废水中的重金属，典型的案例是选矿厂。
臭氧消除酚类物质
焦化厂、炼油厂、石化厂、矿山、化工和制药生产线、食品、罐头厂、脱漆车间、航空工业等许多类型的工业厂房排放含酚废水。
存在许多用于从废水中消除这些有毒化合物的净化方法。一种这样的方法是臭氧的氧化。已经对臭氧与酚类反应的方式进行了几项非常详细的研究。基本上，臭氧会分解酚类以形成草酸和氧气。对臭氧化反应动力学的研究表明，许多因素会影响净化过程的效率。这些因素中的主要因素是温度，尤其是 pH 值。因此，将 pH 值从 8.0 提高到 11.0 会使酚类分解的速度加倍。在较高的 pH 值下，臭氧优先于其他可氧化物质攻击酚化化合物，这大大缩短了反应时间。一般需要五份臭氧才能分解废水中的一份苯酚。
臭氧在废气的除臭和处理中
在过去几年中，科学证据表明，在最新和最工业化的城市中，家庭和其他建筑物中的空气污染可能比室外更严重。
臭氧与许多导致难闻气味的有机物质发生反应；其中包括烯烃、短链脂肪酸、酮、亚硝酸盐、酯、胺和含硫化合物，例如硫醇。由于污染物的浓度非常低，通常不可能使用传统方法进行经济处理，例如热或催化氧化、吸收、洗涤或生物过滤。臭氧处理是确保快速经济除臭的唯一方法。
有臭氧发生器在 110-220 V AC 或 12 V DC 上运行，适用于汽车、船、卡车或家庭。净化器有助于我们生活环境中有害物质的消毒和氧化。臭氧会氧化许多无机和有机杂质，并使细菌、病毒和包囊失活。臭氧将有机化学物质氧化成更安全的元素。在臭氧化过程中，氨和氰化物等一些化合物被分解成氮和水。
臭氧在空气食物和水中的应用
臭氧用于空气、食品和水供应的消毒和净化，对于任何强大和健康国家的医疗健康和未来都是必不可少的。如果将臭氧注入废物储存池，臭氧将分解污染物，同时对其进行氧化。废料氧化后更易生物降解，对环境更安全。臭氧既不会改变 pH 值，也不会与剩余的有机物反应生成致癌的三卤甲烷。臭氧可以安全地应用，如表 2所示。
结论
大多数工业废水和饮用水表现出可变的特性。很难将它们处理到可接受的范围内。由于使用了不同的化学品，通常会在废水中发现复杂的形成。处理废水的所有常规方法导致部分去除污染物。因此，污水不能安全地排放到河流或陆地上。用氯处理是一种有效的方法，但最近的研究表明，它会形成具有致癌性的 THM 和氯胺。从不同的研究中可以看出，臭氧是一种很好的氧化剂。近年来，臭氧的使用变得越来越流行。
只有氟才能超过臭氧的氧化电位和反应性。臭氧能够对所有形式的细菌和病毒进行消毒。与病毒的反应如此之快，以至于难以进行分析研究。在污水处理厂的情况下，它会破坏丝状细菌的生长，避免污泥膨胀和泡沫形成。处理后的水可用于园艺用途。臭氧增加了生物活性炭工艺的寿命。臭氧在去除 SS 和浊度方面非常有效。臭氧在游泳池水处理中的应用消除了红眼问题。工业应用包括处理造纸厂废水、染料装置、有毒废水、含氰废水、去除重金属、处理酚类废水等。臭氧与负责着色的分子发生反应，破坏了具有高电子密度的官能团。在氰化物废水的处理中，氰化物转化为氰酸盐，氰酸盐最终转化为二氧化碳和氮气。重金属被沉淀并过滤掉。臭氧将酚类废物分解成草酸和氧气。不幸的是，在印度，使用臭氧的做法尚未开始。这可能是由于治疗费用高。在不久的将来，印度必须采用臭氧技术，因为它是消除各种水传播疾病的最有效方法。在氰化物废水的处理中，氰化物转化为氰酸盐，氰酸盐最终转化为二氧化碳和氮气。重金属被沉淀并过滤掉。臭氧将酚类废物分解成草酸和氧气。不幸的是，在印度，使用臭氧的做法尚未开始。这可能是由于治疗费用高。在不久的将来，印度必须采用臭氧技术，因为它是消除各种水传播疾病的最有效方法。在氰化物废水的处理中，氰化物转化为氰酸盐，氰酸盐最终转化为二氧化碳和氮气。重金属被沉淀并过滤掉。臭氧将酚类废物分解成草酸和氧气。不幸的是，在印度，使用臭氧的做法尚未开始。这可能是由于治疗费用高。在不久的将来，印度必须采用臭氧技术，因为它是消除各种水传播疾病的最有效方法。