臭氧氧化消毒技術分析

宋莉莉　石潔璐

摘 要：臭臭氧作為強氧化劑用在凈水過程中的各階段，主要為預臭氧化、中間臭氧化和最終的消毒。預臭氧化可部分降解天然有機物和非活性微生物，以提高絮凝、沉淀等后續工藝去除濁度和除色、 去異味、去臭的效率；中間臭氧化主要為降解有機微污染物，去除三鹵甲烷前體物和提高可生物降解性能；而臭氧用于最終的消毒可去除凈水過程中的殘余微生物及減少消毒副產物的形成。

關鍵詞：臭氧；強氧化；消毒；水處理

1 臭氧的性質

臭氧是一種強氧化劑，氣態臭氧厚層帶藍色，有刺激性腥臭氣味，濃度高時與氯氣氣味相像；液態臭氧深藍色，固態臭氧紫黑色。另外，臭氧為純凈物。在常溫下，易分解，生成氧氣和氧原子，所以臭氧在工作中沒有二次污染產生，這是臭氧技術應用的最大優越性。在標準壓力和常溫下，它在水中的溶解度是氧氣的13倍，是空氣的25倍。與氧氣比，臭氧比重大、有味、有色、易溶于水、易分解。臭氧是已知最強的氧化劑之一，臭氧由于其在水中有較高的氧化還原電位僅次于氟。

2 臭氧消毒的機理

臭氧是僅次于氟的第二強氧化劑，菌過程屬生物化學氧化反應。臭氧消毒機理可分為兩類：

2.1 臭氧殺菌機理

以氧化作用破壞微生物膜的結構實現殺菌作用。臭氧首先作用于細胞膜，使膜構成成分受損傷導致新陳代謝障礙，臭氧繼續滲透穿透膜而破壞膜內蛋白質和脂多糖，改變細胞的通透性，導致細胞溶解、死亡。臭氧能氧化分解細菌內部葡萄糖所需的酶，使細菌滅活死亡。并且講死亡菌體內的遺傳基因，寄生菌種，寄生病毒粒子，噬菌體，支原體及熱原（內毒素）等溶解變性死亡，臭氧滅菌屬于溶菌劑，即可以達到徹底，永久的消滅物體內部所有微生物。

2.2 臭氧滅活病毒機理

以氧化作用直接破壞其核糖核酸RNA或脫氧核糖核酸DNA物質而完成的。

臭氧水滅菌情況有些不同，其氧化反應有兩種，微生物菌體既與溶解水中的臭氧直接反應，又與臭氧分解生成的羥基OH的間接反應，由于羥基OH為極具氧化性的氧化劑，因此臭氧水的殺菌速度極快。

3 臭氧消毒于水處理消毒優缺點

3.1 臭氧消毒滅菌的優點

臭氧滅菌屬溶菌級，殺菌徹底，無殘留，殺菌廣譜，可殺滅細菌繁殖體和芽孢、病毒、真菌，并可破壞肉毒桿菌毒素，且反應快，投量少；臭氧消毒的適應能力強，在pH為5.6-9.8、水溫0-37℃的范圍內消毒性能受影響很小；不產生持久性殘余，無二次污染；與氯消毒劑聯用可大幅度減少氯使用量。

由于氯消毒會產生具有致癌性的THMs（三鹵甲烷），臭氧消毒后補加少量氯消毒劑，可大幅減少THMs的產生；臭氧消毒后增加污水的絮凝沉降性能。而傳統的滅菌消毒方法，無論是紫外線，還是化學熏蒸法，都有不徹底、有死角、工作量大、有殘留污染或有異味等缺點，并有可能損害人體健康。如用紫外線消毒，在光線照射不到的地方沒有效果，有衰退、穿透力弱、使用壽命不長等缺點。化學熏蒸法也存在不足之處，如對抗藥性很強的細菌和病毒，則殺菌效果不明顯。

3.2 臭氧用于污水回用和飲用水消毒的缺點

臭氧不易溶于水，且不穩定；污水消毒時受水質的影響較大，所含有少量的有機物會增大臭氧消耗量，消毒成本增加；當臭氧接觸時間不足時，有機物不完全氧化產生醛、酮類等有毒有害物質。臭氧消毒作為氯消毒的替代方法，在飲用水處理中被越來越多地應用。

試驗表明，臭氧幾乎對所有細菌、病毒、真菌及原蟲、卵囊都具有明顯的滅活效果。但是臭氧氧化含有溴離子的原水時會產生溴酸根。溴酸根已被國際癌癥研究機構定為2B級潛在致癌物，WHO建議飲用水的最大溴酸根含量為25μg/L，美國環保局（USEPA）飲水標準中規定溴酸根的最高允許濃度為10μg/L。臭氧氧化過程中溴酸鹽的生成有臭氧氧化和臭氧/氫氧自由基氧化兩種途徑，控制溴酸鹽可以從控制其形成和生成后去除兩個方面進行。降低pH、添加氨氣、氯-氨工藝和優化臭氧化條件是控制溴酸鹽形成的方法，溴酸鹽生成后則可以利用物理、化學和生物方法去除。因此要實現臭氧、致病菌與溴酸鹽三者的平衡需進一步探討臭氧滅菌機理及溴酸鹽控制方法。

4 臭氧技術在水處理中的應用

臭氧作為強氧化劑用在凈水過程中的各階段，主要為預臭氧化、中間臭氧化和最終的消毒。預臭氧化可部分降解天然有機物和非活性微生物，以提高絮凝、沉淀等后續工藝去除濁度和除色、 去異味、去臭的效率；中間臭氧化主要為降解有機微污染物，去除三鹵甲烷前體物和提高可生物降解性能；而臭氧用于最終的消毒可去除凈水過程中的殘余微生物及減少消毒副產物的形成。

4.1 去除無機物

預臭氧化階段可去除原水中無機物質， 如鋅、鎳、銅、鉻、鎘五類重金屬物質和鐵、錳等，金屬離子可由于氧化作用形成難溶物而去除。同理，氨型氮可被臭氧緩慢氧化為硝酸根離子而通過后序的生物硝化去除。

4.2 氧化天然有機物

去除色度，臭氧對色基具有特別活性，能將其中的碳 -碳雙鍵破壞，產生相應的含氧有機化合物達到脫色的目的；去除異味、 臭味； 提高有機物的生物可降解性能臭氧可以將一些大分子難降解有機物氧化成易被細菌降解利用的小分子有機物，提高有機物的生物可降解性；減少 T OC 和 DOC；控制氯化消毒副產物，預加臭氧不會產生三鹵甲烷，并能有效去除原水中大量的三鹵甲烷前體物，使濾后水再經氯化（消毒）時生成三鹵甲烷的幾率大大減少。

4.3 消毒作用

臭氧具有很強的殺菌消毒能力，不易引起二次污染，作為飲用水的消毒殺菌劑在歐洲許多國家得到了廣泛的應用。臭氧的殺菌機理是臭氧對細菌直接作用，氧化分解葡萄糖氧化所必需的酶。

5 結語

消毒劑的選擇一直是廣大水處理工作者討論的焦點。隨著我國經濟的發展和環境污染的日趨加劇，尤其是氯化消毒副產物的發現，傳統的常規水處理工藝已經不能滿足要求，許多新技術新工藝新藥劑在水處理中得以應用。臭氧氧化技術因為具有氧化能力強、反應速度快、不產生污泥、無二次污染等優點，它的高氧化還原電位決定它對氧化、脫色、除味方面的廣泛應用，有人研究指出，臭氧溶解于水中，幾乎能夠殺水中一切對人體有害的物質，比如鐵、錳、鉻、硫酸鹽、酚、苯、氧化物等，還可分解有機物及滅藻等。逐漸成為人們研究的熱點。而且，隨著近年來臭氧發生儀器設備性能的提高，在水處理中逐漸呈現出廣闊的前景。

參考文獻

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