Применение озона в очистке сточных вод

На волне сегодняшней защиты окружающей среды очистка сточных вод, как важная часть охраны окружающей среды, постоянно изучает инновационные технологии. Озон, с его уникальными свойствами, играет значительную роль в области очистки сточных вод.

Озон (O₃) имеет светло-голубой вид, особый запах и уникальную молекулярную структуру. Его окислительная способность намного превышает мощность обычного кислорода. В промышленности озон часто производится методом диэлектрического барьерного разряда, который использует переменный ток высокого напряжения для стимулирования рекомбинации молекул кислорода, тем самым генерируя озон.

Эффективность озона в очистке сточных вод является замечательной. Во-первых, с точки зрения стерилизации и дезинфекции существует большое количество патогенных микроорганизмов, таких как бактерии и вирусы, скрывающиеся в сточных водах, постоянно угрожая водной среде и здоровью человека. Обладая высокой проницаемостью, озон может прорваться через клеточные стенки микроорганизмов, непосредственно воздействовать на ключевые биомакромолекулы, такие как ферменты и нуклеиновые кислоты внутри клеток, разрушать их структуры и функции и мгновенно делать микроорганизмы неактивными, обеспечивая эффективную стерилизацию. По сравнению с традиционной дезинфекцией хлором, озон не производит вредных хлорированных органических соединений, обеспечивая безопасность качества воды.

С точки зрения обесцвечивания промышленные сточные воды от печати и крашения, производства бумаги и т. Д. Часто глубоко окрашиваются и содержат большое количество трудно разлагаемых окрашенных органических веществ. Озон использует свое сильное окисляя свойство «атаковать» покрашенные группы, оксидативно разлагая сложные хромогенные структуры и преобразовывая их в бесцветные или светлые небольшие молекулы, эффектно улучшая качество возникновения сточных вод, и влияние обесцвечивания довольно замечательно.

Его дезодорирующая функция не менее выдающаяся. Своеобразный запах на очистных сооружениях в основном исходит от серосодержащих соединений, азотсодержащих соединений и летучих органических веществ. Когда озон сталкивается с ними, он быстро подвергается реакции окисления, превращая эти зловонные вещества в вещества без запаха или вещества с низким порогом запаха, очищая воздух от источника и улучшая окружающую среду.

Кроме того, для органических загрязнителей в сточных водах озон сначала непосредственно окисляет некоторые органические вещества, разлагая их на углекислый газ, воду и небольшие молекулярные органические кислоты. В то же время он инициирует реакцию свободных радикалов для генерации гидроксильных радикалов, глубоко минерализуя трудно разлагаемые органические вещества и улучшая биоразлагаемость сточных вод, закладывая хорошую основу для последующих процессов биологической очистки.

Однако после того, как озон завершит свою миссию очистки сточных вод, если остаточный озон не будет должным образом обработан, это принесет много недостатков. С одной стороны, остаточный озон в водоемах вызывает окислительный стресс для водных организмов и наносит ущерб водной экосистеме. С другой стороны, когда он выходит в воздух, он будет раздражать слизистые оболочки дыхательных путей человека и другие ткани, угрожая здоровью.

Существуют различные методы для лечения остаточного озона. Естественное разложение происходит относительно медленно и сильно зависит от факторов окружающей среды, что делает его непригодным для крупномасштабных очистных сооружений. Хотя метод химического восстановления реагирует быстро, он требует непрерывного дозирования химических веществ, что приводит к высоким затратам и легкому введению новых солевых загрязнений. Метод термического разложения потребляет огромное количество энергии, а инвестиции в оборудование и эксплуатационные расходы непомерно высоки.

Для сравнения, каталитическое разложение остаточного озона имеет очевидные преимущества. Существует несколько распространенных типов катализаторов: катализаторы на основе оксидов металлов, такие как диоксид марганца и оксид меди, имеют обильные поверхностно-активные участки, которые могут адсорбировать молекулы озона. Благодаря переносу электронов связь O - O в молекуле озона ослабляется, что приводит к его разложению на кислород, а каталитическая активность наноструктурированных оксидов металлов еще лучше. Катализаторы из драгоценных металлов, такие как палладий и платина, обладают чрезвычайно высокой каталитической эффективностью и могут легко адсорбировать и активировать озон, но их стоимость чрезвычайно высока, что ограничивает их применение. Катализаторы с активированным углем имеют широкий спектр источников и доступны по цене, обладают как физической адсорбцией, так и химическими каталитическими функциями, и их производительность может быть дополнительно улучшена после того, какМодификация.

Взяв в качестве примера металлооксидные катализаторы, во время каталитического процесса молекулы озона захватываются активными участками на поверхности катализатора, образуя адсорбированное состояние. Впоследствии происходит перенос электронов между ионами металлов и молекулами озона, в результате чего связь O - O разрушается, образуя активные формы кислорода и, наконец, соединяющиеся в кислород.

В практическом применении часто используются реакторы с неподвижным слоем или реакторы с псевдоожиженным слоем. Реактор с неподвижным станиной имеет простую конструкцию и удобен в эксплуатации. Катализатор нелегко потерять, но он склонен к засорению и требует регулярной обратной промывки. Реактор с псевдоожиженным слоем имеет высокую эффективность передачи массы и тепла, а регенерация катализатора удобна. Однако для этого требуется высокая герметичность оборудования, и катализатор быстро изнашивается. Во время работы такие параметры, как концентрация озона, расход воды и температура, должны контролироваться в режиме реального времени, а условия реактора должны гибко регулироваться в соответствии с качеством поступающей воды и дозировкой озона, чтобы гарантировать, что остаточный озон соответствует стандартам сброса.

Заглядывая в будущее, с прогрессом материаловедения озон и связанные с ним технологии очистки, безусловно, будут продолжать оптимизироваться, вводя более сильный импульс в очистку сточных вод и помогая экологической среде достичь новых высот.