臭氧微納米氣泡技術(shù)在水處理中的應(yīng)用
 

近年來， 由于臭氧傳統(tǒng)曝氣方式下臭氧傳質(zhì)效率和氧化效率較低， 運(yùn)行成本較高， 且臭氧對(duì)有機(jī)物的氧化具有選擇性， 無法氧化分解一些難降解有機(jī)物等問題， 限制了臭氧技術(shù)在水處理領(lǐng)域的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。微納米氣泡具有停留時(shí)間長、傳質(zhì)效率高、產(chǎn)生羥基自由基等優(yōu)勢(shì)， 能夠強(qiáng)化臭氧傳質(zhì)效率和氧化效率， 提升臭氧對(duì)難降解有機(jī)物的去除效果。目前， 臭氧微納米氣泡技術(shù)在難降解有機(jī)物處理以及污泥減量等方向展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。

1.難降解工業(yè)廢水處理

近年來,由于臭氧微納米氣泡技術(shù)可以顯著強(qiáng)化難降解有機(jī)物去除效果、有效提升廢水的可生化性為后續(xù)的生物處理工藝減輕負(fù)荷,臭氧微納米氣泡技術(shù)在難降解工業(yè)廢水處理領(lǐng)域中表現(xiàn)出潛在的應(yīng)用優(yōu)勢(shì),逐漸受到廣泛關(guān)注。張靜等采用臭氧微氣泡氧化處理酸性大紅3R廢水,發(fā)現(xiàn)微氣泡能夠強(qiáng)化臭氧氣液傳質(zhì),相同條件下微氣泡臭氧傳質(zhì)系數(shù)為傳統(tǒng)氣泡的3.6倍，臭氧分解系數(shù)為傳統(tǒng)氣泡的6.2倍,有利于羥基自由基產(chǎn)生,可大幅提升酸性大紅3R氧化降解速率和礦化效率,分別為傳統(tǒng)氣泡的1.6倍和2倍。同時(shí),利用臭氧微氣泡可以提高臭氧利用率，系統(tǒng)平均臭氧利用率達(dá)到97. 8%,比傳統(tǒng)氣泡提高28. 5%。

 

Liu 等分別采用臭氧、空氣和純氧三種微氣泡氣浮工藝處理焦化廢水，發(fā)現(xiàn)臭氧微氣泡能激發(fā)產(chǎn)生更多羥基自由基,對(duì)廢水中有機(jī)污染物氧化效率高。相對(duì)于空氣微氣泡和純氧微氣泡,臭氧微氣泡表現(xiàn)出更高的界面動(dòng)電勢(shì),可提高氣浮的效率，從而可提高臭氧微氣泡氣浮工藝對(duì)污染物的去除效果，其對(duì)吡啶的去除率分別是空氣微氣泡和純氧微氣泡的4.5倍和1.7倍，對(duì)苯的去除率分別是3. 6倍和1.5倍。Chu 等對(duì)比分析了臭氧微納米氣泡和普通氣泡對(duì)印染廢水的處理效果，發(fā)現(xiàn)采用臭氧微納米氣泡技術(shù)去除的TOC為普通氣泡的1.3倍，礦化效果顯著提升。

 

2.污泥減量

由于臭氧氧化性強(qiáng)、污泥破璧溶胞效果好等特點(diǎn),污泥臭氧氧化減量技術(shù)在20世紀(jì)90年代即開始應(yīng)用于工業(yè)和市政污水處理廠。但臭氧處理污泥過程中存在臭氧氧化效率和利用率低、傳質(zhì)效果差等問題,處理成本居高不下,從而限制了該技術(shù)在污泥減量領(lǐng)域的發(fā)展與應(yīng)用。

近年來,為了提高臭氧的傳質(zhì)與氧化效率,王裕祥等采用臭氧微納米氣泡技術(shù)進(jìn)行污泥減量及碳源釋放研究,與傳統(tǒng)臭氧技術(shù)相比，臭氧微納米氣泡技術(shù)可以大幅提升臭氧對(duì)污泥的處理效率,強(qiáng)化污泥碳源釋放效果。在臭氧投加量為200 mg O3/(g SS)時(shí),臭氧微納米氣泡處理的污泥ASCOD達(dá)到1964 mg/L,為傳統(tǒng)臭氧技術(shù)處理后的2.1倍,化學(xué)需氧量溶出率由18. 1% .上升至41.5%。Chu等利用臭氧微氣泡技術(shù)處理污泥發(fā)現(xiàn),臭氧微氣泡技術(shù)可以提高臭氧利用率,微氣泡曝氣在接觸時(shí)間為80min的條件下,其臭氧利用率(>99% )遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)曝氣(72%)。在相同臭.氧投加量的條件下,臭氧微氣泡相比傳統(tǒng)臭氧曝氣可從污泥中多釋放出8倍的TP、2倍的COD和TN,即能大幅提升污泥的溶胞效率。

 

3.地下水原位修復(fù)

地下水是我國重要的水資源之--,近年來由于水污染嚴(yán)重,高效的地下水原位修復(fù)技術(shù)亟待開發(fā)。研究發(fā)現(xiàn),臭氧微納米氣泡由于傳質(zhì)能力強(qiáng)、傳質(zhì)速率快、存在時(shí)間長,可隨水流影響更大的范圍，顯著地提高了地下水中氣體濃度并能提供持續(xù)氣體供應(yīng)，能彌補(bǔ)現(xiàn)有的原位修復(fù)技術(shù)的局限性(傳統(tǒng)的地下水曝氣法影響范圍較小，對(duì)于微生物的促進(jìn)作用較小)。因此,臭氧微納米氣泡技術(shù)在地下水修復(fù)方面具有良好的應(yīng)用前景。夏志然等對(duì)比分析了臭氧微納米氣泡與毫米級(jí)氣泡在地下水體內(nèi)的溶解傳質(zhì)過程,發(fā)現(xiàn)微納米氣泡條件下溶解臭氧濃度的.上升速率、溶解臭氧濃度及停留時(shí)間分別可達(dá)到毫米級(jí)氣泡條件下的4倍、5.1倍和10倍,同時(shí)微納米氣泡能夠顯著提高臭氧的氧化能力,降低特征污染物降解所需臭氧量。

 

4.殺菌消毒

臭氧由于具有強(qiáng)氧化性,可以達(dá)到殺菌徹底、無殘留、殺菌廣譜、消毒效果好等效果,廣泛應(yīng)用于飲用水及醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)空氣消毒，是公認(rèn)的高效消毒劑。研究表明,微納米氣泡技術(shù)可提高殺菌效果,降低臭氧投加量。采用臭氧微氣泡技術(shù)滅活枯草芽孢桿菌，發(fā)現(xiàn)在低濃度臭氧投加條件下,臭氧微氣泡對(duì)枯草芽孢桿菌可達(dá)到很好的滅活效果。大屋奈緒子利用納米級(jí)臭氧氣泡對(duì)諾如病毒進(jìn)行滅活,發(fā)現(xiàn)經(jīng)臭氧納米氣泡處理后,諾如病毒滅活效果好，無需再利用氯氣等進(jìn)行殺菌,可使處理后的食品味道更好。