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摘要：由于臭氧具有强氧化性，易分解，在污水处理中得到了广泛的应用。本文简要的从臭氧产生的机理出发，并以饮用水消毒和对水体的除臭脱色为例介绍了臭氧的实际应用，以及存在的问题。
关键词：臭氧； 污水处理； 脱色； 杀菌
Abstract: Because ozone is the strong oxidizing easy decomposition, has been widely used in sewage treatment. This article briefly starts from the mechanism of ozone produced, and take drinking water and water body deodorant decolorization example introduced the practical application of ozone, as well as problems in the disinfection of.Key words: ozone; sewage treatment; decolorization; sterilization
中图分类号：U664.9+2文献标识码：A
1、前言
臭氧（O3）是一种氧气的同素异形体，是一种强氧化剂。由于臭氧是由一个氧分子（O2）携带一个氧原子所组成，这决定了它只是一种暂时形态，携带的氧原子除被氧化用掉外，剩余的又组合成氧气（O2）进入稳定状态。所以臭氧工作中不会产生二次污染，这正是人类环保所追求的，也是应用臭氧技术的最大优越性。臭氧应用于水处理过程中，其作用主要是除臭、脱色、杀菌和去除有机物。
目前在水处理方面广泛地研究和应用臭氧技术，并由原先的单独使用发展成与其它方法联合使用，同时臭氧处理单元自身也有了很大的发展。以下将介绍臭氧处理技术及其在水处理中的应用。
2、臭氧产生的机理
臭氧在放电间隙中的形成是一个极为复杂的过程，包括在电场作用下的放电电离过程和发生在放电间隙中的一系列化学过程【】
（1）電场使气体电离，放电产生一定能量的电子。
（2）氧分子被高能量电子激发后发生解离，产生氧原子：
O2 +高能量电子2O+低能量电子
（3）氧原子和氧分子结合产生臭氧：O+ O2+MO3+M
式中，M是气体中任何其他气体分子。
（4）臭氧分子和其他粒子（如氧原子、电子）发生碰撞，发生分解反应：
O+ O3 2O2
O3O2+ O
生成臭氧总的反应为：3O2（g） 2O3（g），ΔrHmθ=144.8KJ/mol
该反应为吸热反应.因此理论上消耗1KW·h电能可生成1220g 臭氧，即臭氧产量为1220g/(KW·h),而目前采用空气气源的典型臭氧发生器仅可达50～60 g/(KW·h),臭氧的产量及臭氧浓度均很低。
进一步分析臭氧形成的机理，在（1）步中，电子在放电间隙的外加电场中得到加速，取得了动能，其电子的能量分布范围很广，应符合Maxwell分布规律：
f（）（）· （ ）
式中，（）是电子平均能 区域内具有某一电子能的电子数量占总电子数量的百分率；A、B是常数。不同能量的电子所具有的反应活性不同，越大，具有高能量电子的比例也越大。当电子能量足够高时，就会导致氧分子离解、电离。可见，电子的能量分布将决定产生的氧原子的浓度。因此，应通过强化放电间隙电场强度方式，传递给电子以高能量，从而可获得高效率、高浓度的臭氧。从（3）步和（4）步反应可知，形成臭氧的反应是一可逆反应，当臭氧生成与分解处于相对平衡时，放电间隙中的臭氧浓度达到某一限值。其中（3）步中臭氧生成率取决于高能电子激发后产生的氧原子的数量及与氧分子碰撞形成O3分子的速率；（4）步中臭氧的分解则取决于放电间隙内的温度和此时的臭氧浓度，温度越高，O3浓度越高，O3分解就越快。因此，要合理控制放电间隙的温度，同时使形成的O3尽快输送到放电电场以外，以抑制臭氧的分解。由此表明，净臭氧产量是由臭氧形成和分解过程中所有反应的总效应决定的。尽管该净产率受诸多因素的影响，但要提高臭氧的产量，获得可用于污水处理的高浓度臭氧的关键在于提高放电间隙内臭氧的生成效率和抑制已生成臭氧的再分解。
2、臭氧在污水处理中的应用现状及其存在问题
2.1饮用水的消毒和深度处理
在传统的饮用水处理工艺中大多使用氧气或次氯酸钠作为消毒剂和氧化剂。氯能有效杀灭水中的细菌．但近年来发现氯处理产生的一些副产物如三氯甲烷等有机卤代物具有一定的毒性，甚至有致癌、致畸、致突变作用。为此，饮用水的臭氧处理技术受到重视和深入研究。研究表明臭氧不仅具有很强的消毒杀菌作用，还可以氧化去除水巾的微污染物质，这些微污染物往往难以生物降解，而且臭氧氧化程度较为彻底般少产生副产物。
2.2水体的除臭脱色
废水有机或无机物含有硫和氮是引起臭味的主要原因，当投人1～2mg／L低浓度的臭氧于废水中时，就可氧化这些物质起到除臭效果。值得一提的是，臭氧作了脱除异昧外，还可防止异味的再产生。这是由于臭氧发生器产生的气体中含有大量的氧气或空气，而产生臭味的物质易在缺氧环境下导致发臭。若采用臭氧处理时，在氧化除臭的同时，形成了富氧环境，可阻止臭味的再产生。臭氧对水体中的着色有机物具有氧化分解作用微量的臭氧就能起到良好的效果。着色有机物一般是具有不饱和键的多环有机物，用臭氧进行处理时能够打开不饱和化学键，使分子断键，从而使水变清。
随着科学技术的进一步发展，臭氧氧化工艺中所用到的介电体材料、配料气的检测以及对臭氧的接触和破坏等方面的研究成果也会不断的得到完善，会在很大程度上提高臭氧对污水的处理能力，同时降低技术成本和对能量的消耗，从而促进我国在对城市污水处理上的能力。
2.3臭氧在水处理应用中存在的问题
基于臭氧技术在水处理中的优势和广泛的应用，环保工作者越来越关注臭氧的发生方式、生产能力和生产成本。工业臭氧发生装置大多由空气预处理系统、臭氧发生单元和电源与控制系统三部分组成，结构较为复杂，体积庞大，设备费用高；同时，目前的臭氧发生器效率极低，约为50～60 g/(KW·h)，是理论值的1/20，产生的臭氧质量浓度仅为20～25g/m3，臭氧的产量只有5～200g/h。因此，尽管臭氧在水处理中的应用已有百年的历史，但由于臭氧发生设备和运行费用较高，能耗高，臭氧产量低，尤其是臭氧浓度过低，至今还主要用于消毒处理和给水中微污染的处理，对于难生物降解或有毒有害的有机废水的处理效果不理想。表1是可适用于不同用途的臭氧浓度和产量的概况。因此，制取高浓度、高产量、高效率、低成本的臭氧是臭氧技术在环保应用中实用化的突破点，并将日益得到重视。笔者从臭氧产生的机理出发，将阐述获得高浓度臭氧的技术关键，以期提高臭氧的产量和浓度，使得臭氧氧化技术在污水处理领域中得到更为广泛的应用。
表1 不同用途的臭氧质量浓度和产量
3、结语
由于臭氧氧化具有氧化能力强、氧化速率快、消毒杀菌效率高、药剂残留量小且对人体及其他生物不良影响低等优点，这一方法已在给水处理上得到了广泛的应用。随着难生物降解、有毒有害等特种废水的不断产生，在缺乏有效的治理手段的状况下，臭氧氧化技术在污水中的应用将越来越受到人们的重视。关键在于获得高浓度、高产量的臭氧。一方面对臭氧形成过程中的电场能量分布、放电形式、反应机理等基础理论研究还有待于进一步的深入和突破；另一方面臭氧发生装置的工艺、电介质材料、高频高压或者纳秒级的高压脉冲放电电源以及电极材料等技术亟待改进和提高。这将依赖于物理学、化学、材料学和环境科学相结合的发展。毫无疑问，高效率、高浓度、低成本的臭氧氧化技术将在污水处理领域中有着广泛的应用前景。
关键词：臭氧； 污水处理； 脱色； 杀菌
Abstract: Because ozone is the strong oxidizing easy decomposition, has been widely used in sewage treatment. This article briefly starts from the mechanism of ozone produced, and take drinking water and water body deodorant decolorization example introduced the practical application of ozone, as well as problems in the disinfection of.Key words: ozone; sewage treatment; decolorization; sterilization
中图分类号：U664.9+2文献标识码：A
1、前言
臭氧（O3）是一种氧气的同素异形体，是一种强氧化剂。由于臭氧是由一个氧分子（O2）携带一个氧原子所组成，这决定了它只是一种暂时形态，携带的氧原子除被氧化用掉外，剩余的又组合成氧气（O2）进入稳定状态。所以臭氧工作中不会产生二次污染，这正是人类环保所追求的，也是应用臭氧技术的最大优越性。臭氧应用于水处理过程中，其作用主要是除臭、脱色、杀菌和去除有机物。
目前在水处理方面广泛地研究和应用臭氧技术，并由原先的单独使用发展成与其它方法联合使用，同时臭氧处理单元自身也有了很大的发展。以下将介绍臭氧处理技术及其在水处理中的应用。
2、臭氧产生的机理
臭氧在放电间隙中的形成是一个极为复杂的过程，包括在电场作用下的放电电离过程和发生在放电间隙中的一系列化学过程【】
（1）電场使气体电离，放电产生一定能量的电子。
（2）氧分子被高能量电子激发后发生解离，产生氧原子：
O2 +高能量电子2O+低能量电子
（3）氧原子和氧分子结合产生臭氧：O+ O2+MO3+M
式中，M是气体中任何其他气体分子。
（4）臭氧分子和其他粒子（如氧原子、电子）发生碰撞，发生分解反应：
O+ O3 2O2
O3O2+ O
生成臭氧总的反应为：3O2（g） 2O3（g），ΔrHmθ=144.8KJ/mol
该反应为吸热反应.因此理论上消耗1KW·h电能可生成1220g 臭氧，即臭氧产量为1220g/(KW·h),而目前采用空气气源的典型臭氧发生器仅可达50～60 g/(KW·h),臭氧的产量及臭氧浓度均很低。
进一步分析臭氧形成的机理，在（1）步中，电子在放电间隙的外加电场中得到加速，取得了动能，其电子的能量分布范围很广，应符合Maxwell分布规律：
f（）（）· （ ）
式中，（）是电子平均能 区域内具有某一电子能的电子数量占总电子数量的百分率；A、B是常数。不同能量的电子所具有的反应活性不同，越大，具有高能量电子的比例也越大。当电子能量足够高时，就会导致氧分子离解、电离。可见，电子的能量分布将决定产生的氧原子的浓度。因此，应通过强化放电间隙电场强度方式，传递给电子以高能量，从而可获得高效率、高浓度的臭氧。从（3）步和（4）步反应可知，形成臭氧的反应是一可逆反应，当臭氧生成与分解处于相对平衡时，放电间隙中的臭氧浓度达到某一限值。其中（3）步中臭氧生成率取决于高能电子激发后产生的氧原子的数量及与氧分子碰撞形成O3分子的速率；（4）步中臭氧的分解则取决于放电间隙内的温度和此时的臭氧浓度，温度越高，O3浓度越高，O3分解就越快。因此，要合理控制放电间隙的温度，同时使形成的O3尽快输送到放电电场以外，以抑制臭氧的分解。由此表明，净臭氧产量是由臭氧形成和分解过程中所有反应的总效应决定的。尽管该净产率受诸多因素的影响，但要提高臭氧的产量，获得可用于污水处理的高浓度臭氧的关键在于提高放电间隙内臭氧的生成效率和抑制已生成臭氧的再分解。
2、臭氧在污水处理中的应用现状及其存在问题
2.1饮用水的消毒和深度处理
在传统的饮用水处理工艺中大多使用氧气或次氯酸钠作为消毒剂和氧化剂。氯能有效杀灭水中的细菌．但近年来发现氯处理产生的一些副产物如三氯甲烷等有机卤代物具有一定的毒性，甚至有致癌、致畸、致突变作用。为此，饮用水的臭氧处理技术受到重视和深入研究。研究表明臭氧不仅具有很强的消毒杀菌作用，还可以氧化去除水巾的微污染物质，这些微污染物往往难以生物降解，而且臭氧氧化程度较为彻底般少产生副产物。
2.2水体的除臭脱色
废水有机或无机物含有硫和氮是引起臭味的主要原因，当投人1～2mg／L低浓度的臭氧于废水中时，就可氧化这些物质起到除臭效果。值得一提的是，臭氧作了脱除异昧外，还可防止异味的再产生。这是由于臭氧发生器产生的气体中含有大量的氧气或空气，而产生臭味的物质易在缺氧环境下导致发臭。若采用臭氧处理时，在氧化除臭的同时，形成了富氧环境，可阻止臭味的再产生。臭氧对水体中的着色有机物具有氧化分解作用微量的臭氧就能起到良好的效果。着色有机物一般是具有不饱和键的多环有机物，用臭氧进行处理时能够打开不饱和化学键，使分子断键，从而使水变清。
随着科学技术的进一步发展，臭氧氧化工艺中所用到的介电体材料、配料气的检测以及对臭氧的接触和破坏等方面的研究成果也会不断的得到完善，会在很大程度上提高臭氧对污水的处理能力，同时降低技术成本和对能量的消耗，从而促进我国在对城市污水处理上的能力。
2.3臭氧在水处理应用中存在的问题
基于臭氧技术在水处理中的优势和广泛的应用，环保工作者越来越关注臭氧的发生方式、生产能力和生产成本。工业臭氧发生装置大多由空气预处理系统、臭氧发生单元和电源与控制系统三部分组成，结构较为复杂，体积庞大，设备费用高；同时，目前的臭氧发生器效率极低，约为50～60 g/(KW·h)，是理论值的1/20，产生的臭氧质量浓度仅为20～25g/m3，臭氧的产量只有5～200g/h。因此，尽管臭氧在水处理中的应用已有百年的历史，但由于臭氧发生设备和运行费用较高，能耗高，臭氧产量低，尤其是臭氧浓度过低，至今还主要用于消毒处理和给水中微污染的处理，对于难生物降解或有毒有害的有机废水的处理效果不理想。表1是可适用于不同用途的臭氧浓度和产量的概况。因此，制取高浓度、高产量、高效率、低成本的臭氧是臭氧技术在环保应用中实用化的突破点，并将日益得到重视。笔者从臭氧产生的机理出发，将阐述获得高浓度臭氧的技术关键，以期提高臭氧的产量和浓度，使得臭氧氧化技术在污水处理领域中得到更为广泛的应用。
表1 不同用途的臭氧质量浓度和产量
3、结语
由于臭氧氧化具有氧化能力强、氧化速率快、消毒杀菌效率高、药剂残留量小且对人体及其他生物不良影响低等优点，这一方法已在给水处理上得到了广泛的应用。随着难生物降解、有毒有害等特种废水的不断产生，在缺乏有效的治理手段的状况下，臭氧氧化技术在污水中的应用将越来越受到人们的重视。关键在于获得高浓度、高产量的臭氧。一方面对臭氧形成过程中的电场能量分布、放电形式、反应机理等基础理论研究还有待于进一步的深入和突破；另一方面臭氧发生装置的工艺、电介质材料、高频高压或者纳秒级的高压脉冲放电电源以及电极材料等技术亟待改进和提高。这将依赖于物理学、化学、材料学和环境科学相结合的发展。毫无疑问，高效率、高浓度、低成本的臭氧氧化技术将在污水处理领域中有着广泛的应用前景。