臭氧的高级氧化工艺

以臭氧为主体的高级氧化过程

什么是高级氧化法?
氧化就是使用氧化剂对有机或者无机物进行氧化还原的化学过程。而氧化剂分为很多种，常见的有过氧化氢、高锰酸钾、重铬酸钾、二氧化氯等，他们的主要特点是有高价位的离子起到氧化作用；而高级氧化法很显著的特点是以羟基自由基·OH为主要氧化剂与有机物发生反应。
羟基自由基是一种极强的化学氧化剂，它的氧化电位3.06比普通氧化剂(如臭氧2.07、氯气1.36、过氧化氢1.77)高得多。
反应中，生成的有机自由基·OH可以继续参加·OH的链式反应，或者通过生成有机过氧化物自由基后，进一步发生氧化分解反应直至降解为很终产物CO2和H2O，从而达到了氧化分解有机物的目的。高级氧化分为很多种，比如过氧化氢为主体的氧化法，如Fenton氧化法。H2O2在催化剂的作用下，和亚铁盐能生成两种活泼的氢氧自由基，可以高效氧化有机物。
其他的氧化方法还有二氧化钛氧化法、湿式氧化法等。
    这里同林臭氧专家给大家讲一下臭氧的高级氧化方法。在各个高校、研究所试验过程中具有重要的指导意义：
臭氧同污染物的反应机理包括直接反应(臭氧同有机物直接反应)和间接反应(臭氧分解产生·OH，·OH同有机物进行氧化反应)。O₃ 的直接反应具有较强的选择性，一般是破坏有机物的双键结构；间接反应一般不具有选择性，在水中O₃ 生成·OH主要有以下3种途径: 在碱性条件下分解生成·OH，在紫外光作用下生成·OH和在金属催化剂催化下生成·OH。
1)O₃/UV工艺
O₃/UV工艺机理的解释目前有两种。当O₃被紫外光照射时，首先产生游离氧自由基(·O)，然后·O与水反应产生·OH
O₃→O·+O₂
O·+H₂0→2OH·
 另一种O₃/UV过程首先产生H₂O₂，然后H₂O₂在紫外光的照射下分解生成·OH。
1/3O₃+H₂O→H₂O₂
H₂O₂→2OH·
需要注意的是：
1、这里的UV灯一定要选择特定波长的，否则不但起不到作用，还会对臭氧起到分解作用。
2、臭氧/UV工艺一般用于净水处理，北京同林把此工艺用在游泳池水处理中，取得了非常良好的效果。
2)O₃/金属催化剂工艺
该工艺以固体金属、金属盐及其氧化物为催化剂，加强臭氧反应。目前普遍推测其可能具有两种反应机理: 其一，催化剂仅仅作为吸收剂，O₃ 和·OH作为主要的氧化剂；其二，催化剂不仅同臭氧反应，还同有机物进行反应。
    目前，从同林臭氧的实际工程应用中，使用中国煤炭科学研究院研发的催化剂，可以提高20-50%的氧化性能。
3)O₃/H₂O₂工艺
在O₃水溶液中添加H₂O₂会显著加快O₃分解产生·OH的速率其反应为
O₃+OH^-→HO₂^-+O₂
当溶液中存在H₂O₂时，它会部分离解产生HO^-
2H₂O₂→HO₂^-+H₃O⁺
上述反应生成的HO^2-是·OH形成的诱发剂。其机理如下
O₃+HO₂^-→HO₂·+O₃^-·    HO₂·→H++O₂^-·
O₂^-·+O₃→O₂+O₃^-
O^-₂·+H⁺→HO₃
HO₃→OH·+O₂
OH·+O₃→HO₂·+O₂
该工艺是处理饮用水和有机废水的方法之一。
日本从20世纪70年代后期开始研究O3/H2O2工艺处理高浓度有机废水，美国则在20世纪80年代将该工艺用于处理城市污水中的挥发性有机物。
北京同林臭氧使用此工艺，处理电镀废水，取得非常良好的效果。用户很多时候发现单纯用臭氧也有效果，但是初期的效果并不明显，后期才开始展现出效果。这是因为，废水中有很多可被氧化的物质，臭氧会优先与反应速度快的物质进行反应，而另外一种物质则无法达到处理的目的。
而羟基自由基·OH与不同有机物质的反应速率常数相差很小，羟基自由基是一种选择性很小的氧化剂，当水中存在多种污染物质时，不会出现一种物质得到降解而另一种则基本不变的情况。所以使用高级氧化法可以取得事半功倍的效果，就源于此。
北京同林专家付博旺建议，高级氧化法需使用氧气源作为臭氧发生器的气源，臭氧出口浓度100-200mg/L为佳。为了提高氧化效果，建议采用高效臭氧气液混合装置。