隨著水源污染日益嚴(yán)重和國(guó)家水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的提高，飲用水水質(zhì)安全已經(jīng)越來越受到人們的關(guān)注。臭氧（O3）是應(yīng)用最廣泛的新型氧化劑，既可氧化分解去除微小的有機(jī)物、膠體雜質(zhì)、腐殖酸，又能去除水中污染的浮油及藻類微生物和細(xì)菌、病毒。由于其技術(shù)經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)在廣泛應(yīng)用了，取得了一些研究和工程的應(yīng)用的成果。

關(guān)鍵字：臭氧技術(shù)  微生物安全  污水處理

一、臭氧的原理

隨著工業(yè)的發(fā)展，污水中所含的污染物種類不斷增加，水源污染問題日益顯現(xiàn)，目前，哥弟供水企業(yè)正積極通過技術(shù)進(jìn)步和加強(qiáng)管理來提高飲用水水質(zhì)。深度處理工藝以其技術(shù)優(yōu)越性正在成為技術(shù)改造的主要工藝。臭氧作為一種環(huán)保型的殺菌消毒劑，它殺菌效率高，還能除味、脫色，改善水質(zhì)，而且沒有二次污染，被認(rèn)為是未來水處理領(lǐng)域的新興技術(shù)。

臭氧（O3）是氧的同素異形體，它是一種具有特殊氣味的淡藍(lán)色氣體。分子結(jié)構(gòu)呈三角形，密度是氧氣的1.5倍，在水中的溶解度是氧氣的10倍。臭氧具有極強(qiáng)的氧化性的特點(diǎn) ，被世界公認(rèn)是一種廣譜高效殺菌劑，它的氧化能力高于氯一倍，滅菌比氯快600-3000倍，甚至幾秒種內(nèi)可以殺死細(xì)菌。臭氧可殺滅細(xì)菌繁殖體和芽胞、病毒、真菌等，臭氧還可以氧化、分解水中的污染物，在水處理中對(duì)除嗅味、脫色、殺菌、去除酚、氰、鐵、錳和降低COD、BOD等都具有顯著的效果。產(chǎn)生臭氧的方法是用干燥空氣或干燥氧氣作原料，通過放電法制得。另一個(gè)生產(chǎn)的臭氧的方法是電解法，將水電解變成氧元素，然后使其中的自由氧變成臭氧。其優(yōu)點(diǎn)是：沒有離子污染；待消毒處理的水是用來產(chǎn)生臭氧的原料，因此沒有來自系統(tǒng)外部的其他污染；臭氧在處理過程中一生成就被溶解，即可以用較少的設(shè)備進(jìn)行臭氧處理。若在加壓條件下，可生產(chǎn)出較高濃度的臭氧。臭氧依靠其強(qiáng)氧化性能可快速分解產(chǎn)生臭味及其其它氣味的有機(jī)或無機(jī)物質(zhì)后達(dá)到脫臭效果，將臭味根源物質(zhì)分解成無害物質(zhì)。

臭氧氧化工藝的原理是將快速混合接觸氧化、微絮凝、泥渣分離、浮油氣浮分離集中為一個(gè)處理系統(tǒng)，既能眼花分解去除微小的有機(jī)物、膠體雜質(zhì)、腐殖酸，又能去除水中污染的浮油及藻類微生物和細(xì)菌、病毒等。臭氧在含高溶解有機(jī)碳的水源中使用，還可防止生物大量繁殖，抑制藻類生長(zhǎng)能力，使水中微生物的長(zhǎng)勢(shì)和消毒副產(chǎn)品受到最大程度的控制，在水藻繁盛季節(jié)臭氧的使用可保持水體的生物學(xué)穩(wěn)定性，增強(qiáng)水體的自凈功能。臭氧用在水處理中有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：臭氧是優(yōu)良的氧化劑，可以殺死抗氯性強(qiáng)的病毒和芽孢；臭氧消毒受污水PH值及溫度影響較??；臭氧去除污水中的色、嗅、味和酚氯等污染物，增加水中的溶解氧，改善水質(zhì)；臭氧可以分解難生物降解的有機(jī)物和三致物質(zhì)提高污水的可生化性；臭氧在水中易分解，不會(huì)因殘留造成二次污染。

二、臭氧的應(yīng)用技術(shù)

用于水處理的臭氧應(yīng)用技術(shù)主要由氣源處理系統(tǒng)、臭氧發(fā)生系統(tǒng)、電源控制系統(tǒng)、自動(dòng)監(jiān)測(cè) 保護(hù) 系統(tǒng)和氣水混合系統(tǒng)等幾部分組成。氣水混合裝置是臭氧用于水處理必不可少的配套設(shè)備，雖然臭氧易溶于水，溶解度比氧氣高十幾倍，但必須采用一定的技術(shù)手段使臭氧與水充分接觸，其中接觸面積、時(shí)間、臭氧濃度、壓力等都是混合效率的決定因素。目前，臭氧與水的混合主要有以下幾種：1?テ?ǎ赫饈且恢執(zhí)?車募蟣惴椒ǎ??幸歡ㄑ沽Φ某粞跗??媚持峙莼?鰨?悶湫緯傷跣∑?縈胨?浞紙喲ィ?荒芽闖觶??菰叫。?疃仍醬螅?喲ナ奔湓匠ぃ?Ч?膠謾?）射流法：也稱文丘里法，是利用水在管道中流動(dòng)時(shí)通過裝置變徑加快流速形成負(fù)壓吸氣，通入的臭氧與水在管路中混合；3）渦輪負(fù)吸法：這種方式是通過水泵吸程加裝氣路，在供水時(shí)形成負(fù)吸將臭氧帶入水中，效率較高。4）反應(yīng)塔法：這種方法是通過一個(gè)較高的裝置塔，將水由高處噴下形成霧狀，將臭氧化氣體自設(shè)置在塔底部的微孔擴(kuò)散設(shè)備擴(kuò)散成微小氣泡上升，與水流形成逆行，使臭氧氣與水充分接觸形成臭氧水。

三、臭氧在污水處理中的應(yīng)用

臭氧對(duì)剩余污泥的減量化 

活性污泥法使污水日處理能力得以提高，并作為一種常見的污水處理技術(shù)在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用，但污水處理過程中產(chǎn)生的剩余污泥已成為一個(gè)難題，污泥處理費(fèi)用占整個(gè)污水處理費(fèi)用的比重很大。在剩余污泥減量化技術(shù)當(dāng)中，用臭氧對(duì)污泥進(jìn)行前處理的減量化技術(shù)已經(jīng)比較成熟。經(jīng)臭氧處理后的污泥作為污水的一部分和目標(biāo) 廢水一起進(jìn)入曝氣池，被微生物利用消化，部分轉(zhuǎn)化為二氧化碳，經(jīng)過這樣一個(gè)臭氧對(duì)污泥的預(yù)處理過程，剩余污泥得到大幅度減量。臭氧剩余污泥減量技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)需要臭氧發(fā)生器，能量消耗較大，高效率臭氧發(fā)生器的開發(fā)和臭氧的利用率對(duì)于降低污水成本有很大的作用。日本近年來一直致力于高效率臭氧器的開發(fā)，在提高臭氧利用效率等研究上，改變連續(xù)第濃度臭氧處理污泥為間歇搞濃度臭氧處理污泥，用實(shí)際廢水作對(duì)照實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)改進(jìn)后的臭氧污泥處理，所需的臭氧量約為原料的四分之一。同時(shí)處理水質(zhì)要優(yōu)于連續(xù)低濃度臭氧處理的水質(zhì)，為降低臭氧污泥減量的污水處理技術(shù)成本提供了一個(gè)可能的途徑。

臭氧對(duì)水體的除臭 

在污水處理工藝過程中產(chǎn)生氣味的物質(zhì)主要由碳、氮和硫元素組成。只有少數(shù)產(chǎn)生氣味的物質(zhì)是無機(jī)化合物，如氨氣、磷、硫化氫；大多數(shù)產(chǎn)生氣味的物質(zhì)是有機(jī)化合物，如低分子脂肪酸、胺類、醛類、酮類、醚類等。就本人所在的污水處理廠進(jìn)水情況來分析，80%的進(jìn)水量為生活污水，即有機(jī)物質(zhì)的含量是很高的，無機(jī)化合物的含量相對(duì)比較少。產(chǎn)生氣味的物質(zhì)大多是有機(jī)化合物，如低分子脂肪酸、胺類、醛類、酮類、醚類等，這些物質(zhì)都帶有活性基團(tuán)，容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，特別容易被氧化，利用臭氧具有強(qiáng)氧化性這一特點(diǎn)，氧化活性基團(tuán)，氣味消失，從而達(dá)到除臭的原理。臭氧除了脫除異味外，還可以防止異味的再產(chǎn)生，這是由于臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的氣體中含有大量的氧氣或空氣，而產(chǎn)生臭味的物質(zhì)易在缺氧環(huán)境下導(dǎo)致發(fā)臭，采用臭氧處理，在氧化除臭的同時(shí)，形成富氧環(huán)境，可阻止臭味的再產(chǎn)生。對(duì)于城市生活污水廠污水處理環(huán)境的改善作用還是比較大的。

臭氧對(duì)水體的脫色

隨著對(duì)自來水水源環(huán)境及下水道二次處理水再利用的關(guān)注，二次處理水去色受到重視。至于腐殖質(zhì)引起的色和味，水質(zhì)色度平均為10度。最大達(dá)20度。這樣的色度靠一般凝聚沉淀與砂濾工序是達(dá)不到充分去除的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，甚至還有超過最壞標(biāo)準(zhǔn)的可能。采用臭氧處理后，色度即可降到 l 度以下，一般自來水著色原因是鐵、錳含量過多，這些金屬如處于游離狀態(tài)，則常規(guī)方法即可充分去除。若原水中含有腐殖質(zhì)，有時(shí)形成鉻鹽，以常規(guī)處理便相當(dāng)困難。故去色也是引入臭氧處理的重要因素。

臭氧的脫色機(jī)理：隨著分子生物學(xué)的蓬勃發(fā)展，微生態(tài)學(xué)就將生態(tài)擴(kuò)展到分子水平。其實(shí)無論蛋白質(zhì)或核酸分子均屬有機(jī)物，它們都是由碳、氫、氧、氮及磷或硫（C、N、O、N、P或S）組成，同時(shí)，病毒的衣殼體是由許多蛋白質(zhì)亞單位即殼微粒組成。每個(gè)殼微粒之間由非共價(jià)鍵連結(jié)，并對(duì)稱纏繞在一起，蛋白質(zhì)則由多鏈組成，核酸又由連在一起的核苷酸鏈組成。其中OH，從整體看，它是電中性的（R-OH），但若從基團(tuán)的內(nèi)部看，它的一部分帶有更多的負(fù)電荷（如氧原子），因基團(tuán)的這部分（R-OH）有“額外”的成鍵電子，所以帶負(fù)電：另一部分帶有更多的正電荷（如氫原子），基團(tuán)的這部分缺乏成鍵電子，所以帶正電。若有另一個(gè)相似的基團(tuán)靠近，正、負(fù)電荷之間互相吸引便生成一個(gè)弱鍵，即稱氫鍵，如多肽的基團(tuán)之間或核苷酸的鹼基之間以及在DNA或RNA分子里的鹼基配對(duì)均容易形成氫鍵。雖然單個(gè)氫鍵非常弱，但是很多氫鍵在一起，從而構(gòu)成植物細(xì)胞堅(jiān)韌的細(xì)胞壁?，F(xiàn)再看臭氧，它是屬?gòu)?qiáng)氧化劑，氧化電位高（2.07ev）。凡電負(fù)性高的元素能強(qiáng)烈地吸引電子，氧化對(duì)方，還原自己。氧化結(jié)果，導(dǎo)致核酸分解，蛋白質(zhì)解體，抗原變性，檢測(cè)轉(zhuǎn)陰，色度褪盡。

四、臭氧處理系統(tǒng)的安全性 

臭氧氣體具有很強(qiáng)的腐蝕性，在潮濕情況下腐蝕性最強(qiáng)，因此臭氧發(fā)生設(shè)備應(yīng)采取相應(yīng)的防腐措施。接觸池在使用鋼筋混凝土材料時(shí)應(yīng)加防腐涂層。臭氧具有毒性，因此在臭氧設(shè)備間應(yīng)設(shè)置通風(fēng)設(shè)備，臭氧輸送管道及臭氧設(shè)備必須密閉，防止泄露。必須設(shè)置尾氣處理或尾氣回收裝置，反應(yīng)后排出的臭氧尾氣必須經(jīng)過分解破壞或回收利用，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，否則將污染大氣。

五、結(jié)語(yǔ)

盡管臭氧具有極強(qiáng)的氧化性，在水處理中作用很大，但也有一定的局限性，臭氧并不是萬能的。在污水處理中，對(duì)于某些有機(jī)物或中間產(chǎn)物，臭氧（特別濃度低時(shí)）很難將其完全氧化和去除。所以對(duì)于一些復(fù)合化水的處理，臭氧作為一個(gè)重要環(huán)節(jié)是有效的，復(fù)雜污水配用生化法、光催化法或藥物輔助都是必要的。      
   臭氧對(duì)水的處理用途是廣泛的，但也要把握住不同的水質(zhì)采用一些不同的辦法，必要時(shí)采取一些絮凝過濾技術(shù)加以配合。只有這樣，才能使臭氧化法在水處理上的應(yīng)用越來越廣泛，工藝越來越成熟，發(fā)展前景越來越廣闊。