Применение технологии комбинированного окисления озона при очистке сточных вод
1. Введение
В настоящее время, в условиях непрерывного развития и прогресса общества и экономики, масштабы общественного производства постоянно расширяются, что приводит к всё более серьёзному загрязнению воды. Однако, по мере повышения уровня жизни людей, их требования к качеству воды также становятся всё более строгими, что обусловливает необходимость эффективной очистки сточных вод. Благодаря своим преимуществам, таким как низкий расход озона, высокая скорость реакции и минимальное загрязнение окружающей среды, окисление озоном широко применяется для очистки сточных вод. В настоящее время разработаны технологии комбинированного окисления озоном, такие как озоно-ультразвуковая и озоно-электролизная очистка. В данной статье, предназначенной исключительно для справки, рассматривается эффективное использование технологий комбинированного окисления озоном для очистки сточных вод.
генерация озона Санканг
2. Механизм технологии окисления озоном
С точки зрения физических свойств озона, озон нестабилен. На практике, когда озон находится в воздухе, он постепенно и непрерывно разлагается на кислород, выделяя значительное количество тепла. Однако концентрация озона в воздухе должна поддерживаться ниже 25%, так как концентрации, превышающие 25%, могут вызвать взрыв. Однако концентрация озона в воздухе, как правило, ниже 10%, поэтому взрыв маловероятен. Когда концентрация озона в воздухе ниже 1%, процесс разложения начинается на воздухе при комнатной температуре и давлении, с периодом полураспада приблизительно 16 часов. Когда озон находится в воде в концентрации 3 мг/л, его период полураспада составляет от 15 до 30 минут. Чем выше температура и pH воды, тем выше скорость разложения. Поэтому на практике озон обычно производят и используют на месте. С химической точки зрения озон, как аллотроп кислорода, представляет собой бесцветный или бледно-голубой газ. Он обладает превосходными окислительными и бактерицидными свойствами, но его нестабильность препятствует его хранению. Озон может атаковать отрицательно заряженные атомы органических веществ, вызывая электрофильные реакции, а также положительно заряженные ядра органических молекул, вызывая нуклеофильные реакции. В промышленных производственных процессах широко используется коронный разряд. В процессе разряда кислород ионизируется, превращаясь в ионы. Высокореакционноспособные ионы кислорода реагируют с молекулами кислорода, в конечном итоге образуя озон. Озон подвергается реакции окисления в водных растворах. Поскольку озон, сильный окислитель, нестабилен, а свободный кислород (O₃) и промежуточные продукты его разложения в воде обладают сильными окислительными свойствами, поэтому озон способен быстро и в широких пределах окислять некоторые элементы и органические соединения в водных растворах. Даже при низких концентрациях озон способен быстро завершить процесс окисления. Условия и механизм разложения озона играют решающую роль в процессе его окисления. Озон в воде может образовывать гидроксильные радикалы (HO⁻). Эти гидроксильные радикалы (HO⁻) обладают сильным окислительным эффектом, обеспечивая дезинфекцию и стерилизацию, а также разложение загрязняющих веществ в воде. Технология озонирования образует низкомолекулярные кислоты, которые непрерывно повышают кислотность водного раствора. Поэтому для поддержания необходимого значения pH в обрабатываемый раствор необходимо добавлять соответствующее основание, что является основой эффективной очистки сточных вод. 3. Применение технологии озонирования и соокисления в очистке сточных вод
В настоящее время технология озоно-соокисления применяется в очистке сточных вод. Её применение позволяет повысить эффективность очистки сточных вод и заложить основу для повышения качества воды.
3.1 Озоно-ультразвуковая технология
Ультразвуковые волны могут разлагать трудноразлагаемые органические загрязнители в воде. Поэтому использование озоно-ультразвуковой технологии может заложить основу для эффективной очистки сточных вод, а также снизить эксплуатационные расходы. В 1976 году Дахи обнаружил, что ультразвук может повысить эффективность озона при очистке сточных вод. Используя технологию окисления озона для биологической очистки сточных вод, Дахи одновременно использовал ультразвук 20 кГц для усиления эффекта очистки. Он обнаружил, что использование ультразвука 20 кГц может снизить дозировку озона на 50% во время очистки сточных вод. В моей стране ученый Чжао Чаочэн использовал озоно-ультразвуковую технологию для очистки сточных вод, содержащих фенол. Его исследования показали, что использование ультразвукового излучения в процессе окисления может увеличить скорость реакции. По сравнению с использованием только ультразвука или озона, озоно-ультразвуковая технология может повысить эффективность очистки сточных вод. Чем выше мощность ультразвука, тем больше ускорение реакции. В последние годы обширные исследования показали, что ультразвук может увеличить частоту использования озона. По сравнению с простой технологией озонирования, технология озон-ультразвука может повысить скорость и эффективность разложения красителей. В процессе разложения красителей озон и ультразвук взаимодействуют, образуя большое количество сильных окисляющих свободных радикалов, что усиливает эффект разложения.
3.2 Комбинированная технология озоно-электролитической обработки
На практике технология озонирования широко используется в современной промышленности для очистки сточных вод благодаря своим значительным преимуществам, таким как сильные окислительные свойства и отсутствие вторичного загрязнения после реакции. Технология микроэлектролиза, также известная как внутренний электролиз, широко используется для очистки биореактивных сточных вод. Благодаря своей продуманной теоретической базе, высокой эффективности очистки, низким инвестиционным затратам и практичности, технология внутреннего электролиза получает всё большее признание. Технология внутреннего электролиза в процессе использования генерирует Fe₂+ и Fe₃+, в то время как технология озонирования генерирует большое количество гидроксильных радикалов. Сочетание озонирования и электролиза в очистке сточных вод позволяет объединять Fe₂+ и Fe₃+ с гидроксильными радикалами, создавая ещё один эффективный агент для очистки сточных вод. Комбинированная технология озонирования и электролиза сочетает электрохимическую коррозию, химическое окисление, каталитическое окисление, флокуляцию и адсорбцию. Доказано, что её использование для предварительной очистки сточных вод, содержащих сапонины куркумы, снижает нагрузку на последующую биохимическую очистку и повышает эффективность очистки сточных вод. Ян Хайбо и др. использовали комбинированную технологию озона и электролиза для очистки сточных вод от красителей, добившись значительных улучшений и усовершенствований.
3.3 Технология каталитического озонирования
В последние годы технология каталитического окисления озона получила широкое применение. При нормальных условиях температуры и давления окисление озона само по себе неэффективно для очистки сточных вод, поэтому можно использовать каталитическое озонирование. С увеличением производства и скорости генерации OH в качестве основной цели исследований, технологии каталитического окисления постоянно развиваются и совершенствуются, такие как фотокаталитическое озонирование, озонирование, катализируемое основаниями, и гетерогенное каталитическое окисление озона. Фотокаталитическое озонирование в основном использует ультрафиолетовый (УФ) свет в качестве источника энергии и O₃ в качестве окислителя. Под действием УФ-облучения озон разлагается с образованием активных вторичных окислителей, которые окисляют органические вещества. Фотокаталитическое окисление может быть использовано для очистки трудноразлагаемых органических сточных вод, изменяя молекулярную структуру этих веществ и образуя новые, биоразлагаемые вещества, тем самым повышая эффективность очистки сточных вод. Озонирование, катализируемое основаниями, в первую очередь катализирует образование радикалов ОН, в конечном итоге окисляя разложившееся органическое вещество. Гетерогенное каталитическое окисление озоном, новая технология, направлена, прежде всего, на разложение O₃ с образованием активных свободных радикалов, что повышает эффективность окисления.
4. Преимущества технологии озоно-соокисления при очистке сточных вод
В настоящее время, в условиях непрерывного развития индустриализации и расширения общественного производства, проблема загрязнения воды становится всё более серьёзной. Однако, по мере повышения качества жизни людей, спрос на качественную питьевую воду постоянно растёт, что обуславливает необходимость эффективной очистки сточных вод. В настоящее время технология озонирования и соокисления широко используется для очистки сточных вод, обеспечивая их эффективность. Использование технологии озонирования и соокисления может повысить эффективность очистки. Применение одной только технологии озонирования и соокисления может дать ограниченные результаты при наличии трудноразлагаемых веществ. Однако технология озонирования и соокисления позволяет эффективно разлагать эти трудноразлагаемые вещества, повышая эффективность очистки и, таким образом, улучшая качество ежедневно потребляемой людьми воды. Использование технологии озонирования и соокисления для очистки сточных вод может снизить затраты на очистку и одновременно повысить эффективность очистки. Таким образом, её применение в очистке сточных вод имеет значительные экономические и социальные преимущества, что обуславливает её всё более широкое применение. Наконец, использование технологии озоноокисления при очистке сточных вод может защитить окружающую среду, уменьшить загрязнение воды, улучшить ее качество и обеспечить более качественные водные ресурсы для производства и повседневного использования, тем самым способствуя социальному развитию и прогрессу.
5. Заключение
Подводя итог, можно сказать, что технология озонирования играет важнейшую роль в очистке сточных вод. Поэтому её следует рационально использовать для повышения эффективности очистки. Использование технологии озонирования позволяет эффективно разлагать примеси и снижать цветность воды, обеспечивая тем самым эффективную очистку сточных вод. Кроме того, её применение способствует защите окружающей среды, что обуславливает её всё более широкое применение.
