臭氧处理生活污水的应用研究

臭氧处理生活污水的应用研究

梁月园

四川锦绣中华环保科技有限公司广西分公司广西南宁530001

摘要：随着水质污染日益严重和可利用水资源减少,人们越来越重视污水回用技术的应用。传统的氯气处理工艺难以满足污水处理回用的要求,臭氧技术被认为是更适合用于未来水处理领域的新兴技术。本文主要研究臭氧对生活污水的处理。实验表明,臭氧对降低COD、去除亚铁离子等有显著的效果。

关键词：臭氧；生活污水；去除率

1试验部分

1.1设备及仪器

本实验主要设备有:常州市勤丰流量仪表厂生产的LZB-S25玻璃转子流量计,苏州化工仪表有限公司生产的LZB-4玻璃转子流量计,成都恒思达特技术有限公司生产的WL24F-2.5P螺纹连接角式截留阀,福建省泉州市华达机械有限公司泉州市华达压缩机厂生产的1.5KW双豹HP2.5空压机,台湾产HT-3003干湿温度计,自行研制的臭氧发生器,其产量为3.5g/hr,上海第三分析仪器厂出产的752型紫外光栅分光光度计。

1.2实验流程

本实验装置以空气为气源,空气通过空气压缩机进入实验系统,使用流量计2监测空气的流量。进入臭氧发生器4的空气湿度对臭氧发生器内的臭氧发生片产生的臭氧量有很大的影响,为稳定实验过程中臭氧的浓度,有必要在空气进入发生器前对空气进行干燥,因此在气体进入发生器4前连接装有变色硅胶的干燥器3。空气进入发生器中与臭氧发生片接触产生臭氧。分流口11用于采样,实验中采用先关闭阀门9、10,将浓度不稳定的臭氧从分流口7排出,等臭氧的浓度达到平衡浓度时,打开阀门10,在分流口11处测量了当时的臭氧浓度后,关闭阀门10,打开阀门9,将已知浓度的臭氧通过曝气球15通入污水中与污水作用,尾气通过尾气排放口14排放。臭氧处理污水的实验装置及流程。

1.2.1臭氧浓度测定方法及原理

测定方法为化学碘量法,其原理是利用臭氧强氧化性与碘化钾水溶液反应生成游离碘,在取样结束并对溶液进行酸化处理后,使其pH值小于2,用0.1000mol/L硫代硫酸钠标准溶液并以淀粉溶液为指示剂对游离碘进行滴定,根据硫代硫酸钠标准溶液的消耗量计算出臭氧量。测定步骤:量取一定量的5%碘化钾溶液(碘化钾溶液的量由通入的气体的气流量决定)于吸收瓶内,待臭氧发生器运行稳定后于臭氧化气体出口处取样,在取样结束后立即加入5ml(1+5)硫酸溶液(使pH值降至2.0以下),并摇匀,静置5min。用0.1000mol/L的硫代硫酸钠标准溶液滴定,待溶液呈浅黄色时加入淀粉溶液几滴(约1ml),继续小心迅速滴定到颜色消失为止。记录硫代硫酸钠标准溶液用量。

1.2.2系统臭氧平衡时间的测定

臭氧发生器要能稳定地产生臭氧需要一段时间,实验前测出了臭氧达到稳定的时间和浓度。后面的实验就以此时间后臭氧的稳定浓度作为系统稳定运行的起始条件。过程中其他相应条件为:空气流量为100L/hr,取样时间为2分钟,KI吸收液浓度为5%,体积为300ml,其空白滴定数为0.05ml,标准滴定液(硫代硫酸钠溶液)浓度为0.0974mol/L,以2.4.1所述实验方法测定的结果。在臭氧发生器开启后,0～15分钟臭氧浓度在不断的增加,15分钟后臭氧浓度趋于稳定,达到平衡。

1.2.3实验方法

根据实验环境和设备情况,本实验确定处理的污水量为1000ml,水深为17cm。空气流量为6.4m3/hr,用直径为3厘米的陶瓷作为曝气球进行曝气,以2.4.1臭氧浓度测定方法来测定系统平衡后的臭氧浓度及臭氧尾气的排出量,臭氧浓度为0.0935mg/L。根据臭氧浓度、污水量以及污水污染情况,确定通入污水的臭氧化空气的流量为100L/hr。根据以上数据计算出单位时间投加臭氧量为9.25mg/hr及水中臭氧的实际消耗量。

在60分钟内,臭氧在污水中的消耗量随着时间的延长而增加,但二者并非成正比关系,这说明臭氧与污水中的污染物质发生了作用,而且开始时反应较快。

2试验结果分析

2.1主要污染物的去除

实验装置启动后,分析方法测定在臭氧投加总时间分别为15分钟、30分钟、45分钟、60分钟后水样中主要污染物浓度。

2.1.1色度及臭的变化

水色主要由腐殖质分解产生,这些化合物含有双键和单键交替排列的有色基因,臭氧将这些双键断裂形成酮、醛、酸,从而水色消失,臭氧能破坏藻类的代谢而去除其产生的臭味。由表5可以看出,臭氧已有效的降低了色度,去除了臭味。

2.1.2COD去除

COD反应了水中受还原物质污染的程度。水中还原性物质包括有机物、亚硝酸盐、亚铁盐、硫化物等。水被有机物污染是很普遍的,因此COD也作为有机物相对含量的指标之一。臭氧通过强氧化作用使其分解。臭氧对COD有一定的降解作用,随着通气时间的延长,去除率不断增加,60分钟其去除率约为58%。前30分钟的去除效果比较明显,后30分钟的曲线比较平滑,去除效果不明显,这主要因为随着COD浓度的降低,臭氧在污水中与可氧化物质的接触机会减少。

2.1.3亚铁离子及低价锰去除

臭氧将亚铁离子及低价锰离子氧化成三价铁离子和高价锰离子,使溶解性的铁、锰变为固态物质,经沉淀和过滤除去。亚铁离子浓度随时间延长而降低,60分钟内的总去除率约为38.6%,前期浓度变化比较明显,在后期,浓度的变化就较小;而低价锰离子60分钟的去除率约为80%,通入臭氧仅30分钟,大部分的低价锰离子已被氧化,去除率达到了75%,由此可看出臭氧对低价锰离子的氧化效果很好,而且反应迅速;臭氧对亚铁离子的去除效果远不及对锰离子的去除效果。

2.1.4氨氮去除

臭氧能将氨氮氧化成亚硝酸盐,并能将亚硝酸盐氧化成硝酸盐,水体中的氨氮浓度随着时间的增加而降低,氨氮的去除率约为82%,臭氧对其有显著的去除效果。

2.1.5阴离子洗涤剂

阴离子洗涤剂主要指直链烷基苯磺酸钠和烷基磺酸钠类物质。洗涤剂的污染会造成水面不易消失的泡沫,并消耗水中的溶解氧。阴离子洗涤剂1小时总去除率为70.22%,从总体来说,臭氧对阴离子洗涤剂的处理效果较好。前45分钟臭氧对阴离子洗涤剂的去除效果很好,去除率高而且增加得较快,但在45分钟到60分钟的15分钟内去除率仅提高了不到1%,证明此时接近臭氧去除阴离子洗涤剂效果的极限。

2.1.6杀菌效果

臭氧对细菌的杀灭作用是非常迅速、有效的,在30分钟后,杀菌率达到98%。

3结论

3.1臭氧能有效地去除污水中COD、阴离子洗涤剂及氨氮,而且在常温下,臭氧经过30min左右即可还原成氧气,因而没有任何残留和二次污染。

3.2臭氧有较强的杀灭细菌的能力。

3.3臭氧能较好地降低水的色度、去除水中异味、臭味。

3.4由于臭氧主要是利用其强氧化性来处理污水的,因此污水中各种污染物本身的性质会影响臭氧对其的处理效果,造成臭氧对不同污染物的处理效果相差很大。COD,亚铁,低价锰和阴离子洗涤剂的去除率分别为53.8%,36.4%,80%和70.22%。

3.5臭氧化工艺在污水处理中的作用主要是用来作消毒处理和降低污水中的化学需氧量(COD)等的浓度,并将难生物降解的有机物氧化为易生物降解的中间产物,提高水的可生化性。该技术与其他工艺联合才能达到全面的污水处理效果。

参考文献:

[1]国家环保局.水和废水监测分析方法(第三版)[M].北京:中国环境科学出版社,1997.92-95.

[2]储金宇,吴春笃,陈万金,陈志刚,等.臭氧技术及应用[M].北京:化学工业出版社,2002.278-282.