高级氧化技术 臭氧研究.ppt

臭氧氧化污水处理技术 臭氧分子 目前国内污水影响环境问题严重 　 内蒙古拉僧庙工业园区每天大量的工业污水流向黄河滩 兰州段黄河 污水处理主要方法分类 物理法 化学法 生物法 离心沉淀 气浮法 重力沉淀 化学沉淀法 还原法 氧化法 活性污泥法 自然生物处理法 生物膜法 臭氧氧化技术 臭氧高级氧化技术 臭氧高级氧化技术：是指通过化学和物理化学的方法使臭氧分解产生羟基自由基，通过羟基自由基将污水中的污染物转化成低毒的易生物降解的中间产物，或将其直接矿化成无机物。 优点：该技术具有高效、彻底、使用范围广、无二次污染等特点。 臭氧氧化机理 臭氧通过两种不同的途径与物质反应分为： 直接氧化 和 间接氧化 不同的反应途径产生不同的氧化产物而且受不同动力学机理控制： （1）臭氧分子通过亲电或亲核作用直接参与反应。 （2）水中的臭氧与碱等因素作用下分解产生活泼的自由基，主要为•OH与污染物质的反应。 直接氧化 臭氧直接氧化有机物是一种有选择性、低反应速率的反应。 反应机理分为：克里吉（Criegee）机理、亲电反应 亲核反应。 （1）克里吉机理 由于臭氧具有偶极结构，不饱和键与臭氧分子的反应导致键的断裂。 不饱和键与臭氧的水相反应 （2）亲电反应 臭氧分子中含正电荷的氧原子将最先攻击电子云密度高的部位。 比如含供电子基团的芳环分子，在苯环的邻位和对位上的碳原子的电子云密度相对较高，较易受到攻击。 （3）亲核反应 亲核反应的机理与亲电反应相反，臭氧分子中含负电荷的氧原子会攻击那些含有吸电子基团的碳原子。 臭氧与不同物质的反应速率分析 物质名称 k/L•mol-1•s-1 物质名称 k/L•mol-1•s-1 H2S 3×109 NH3 ~5 富马酸 ~105 硝基苯 0.09 CL- ＞104 HOCN ＜10-2 苯酚 ~103 乙酸 ＜3×10-3 随着人们不断深入研究臭氧的氧化机理，初步总结出臭氧对各类有机物的臭氧化反应速率的氧化顺序：链烷基＜醛＜醇＜多环芳香烃＜酚＜胺＜链烯烃。 有机物中存在推电子基团会加快臭氧化反应速率，若存在吸电子基团就会减弱臭氧对有机物的反应活性。 间接反应 臭氧高活性在水中极不稳定，半衰期从几十秒到几分不等，取决于pH值、水温、水中有机物和无机物的浓度。 臭氧在水中的分解是模拟一级动力学模型。 -(d[O3]/dt)pH=k[O3] k是给定pH值得拟一级反应速率常数。 间接氧化反应的路径是自由基反应： 第一步是臭氧的分解，形成一系列的次生氧化剂（主要为·OH）。 第二步是·OH无选择性地同水中的溶解物发生快速反应 （k=108 ~1010L•mol-1•s-1 ) 。 间接反应机理分析： （1）Hoigne,Staeheclin和Bader机理 臭氧在水中的分解反应是产生自由基的链式反应过程。 链引发的反应物主要分为两类： a 臭氧与水中的OH- 反应生成 和 ; b 水中的杂质M会引发臭氧分解从而产生另一些自由基(·OH、 、 )。 臭氧在水中的分解机理 （2）Gordon,Tomiyasu,Fukutoml机理 链引发是两个电子传递过程或者臭氧的一个氧原子传递至氢 氧根离子，臭氧分解机理步骤如下： O3+OH-→ +O2 + O3 → + + OH-→ +H2O O3 + → +O2 + H2O→ +O2+ OH- + → +HO2 +