臭氧微納米氣泡技術在水處理中的應用
 

近年來， 由于臭氧傳統曝氣方式下臭氧傳質效率和氧化效率較低， 運行成本較高， 且臭氧對有機物的氧化具有選擇性， 無法氧化分解一些難降解有機物等問題， 限制了臭氧技術在水處理領域的進一步推廣應用。微納米氣泡具有停留時間長、傳質效率高、產生羥基自由基等優勢， 能夠強化臭氧傳質效率和氧化效率， 提升臭氧對難降解有機物的去除效果。目前， 臭氧微納米氣泡技術在難降解有機物處理以及污泥減量等方向展現出良好的應用前景。

1.難降解工業廢水處理

近年來,由于臭氧微納米氣泡技術可以顯著強化難降解有機物去除效果、有效提升廢水的可生化性為后續的生物處理工藝減輕負荷,臭氧微納米氣泡技術在難降解工業廢水處理領域中表現出潛在的應用優勢,逐漸受到廣泛關注。張靜等采用臭氧微氣泡氧化處理酸性大紅3R廢水,發現微氣泡能夠強化臭氧氣液傳質,相同條件下微氣泡臭氧傳質系數為傳統氣泡的3.6倍，臭氧分解系數為傳統氣泡的6.2倍,有利于羥基自由基產生,可大幅提升酸性大紅3R氧化降解速率和礦化效率,分別為傳統氣泡的1.6倍和2倍。同時,利用臭氧微氣泡可以提高臭氧利用率，系統平均臭氧利用率達到97. 8%,比傳統氣泡提高28. 5%。

 

Liu 等分別采用臭氧、空氣和純氧三種微氣泡氣浮工藝處理焦化廢水，發現臭氧微氣泡能激發產生更多羥基自由基,對廢水中有機污染物氧化效率高。相對于空氣微氣泡和純氧微氣泡,臭氧微氣泡表現出更高的界面動電勢,可提高氣浮的效率，從而可提高臭氧微氣泡氣浮工藝對污染物的去除效果，其對吡啶的去除率分別是空氣微氣泡和純氧微氣泡的4.5倍和1.7倍，對苯的去除率分別是3. 6倍和1.5倍。Chu 等對比分析了臭氧微納米氣泡和普通氣泡對印染廢水的處理效果，發現采用臭氧微納米氣泡技術去除的TOC為普通氣泡的1.3倍，礦化效果顯著提升。

 

2.污泥減量

由于臭氧氧化性強、污泥破璧溶胞效果好等特點,污泥臭氧氧化減量技術在20世紀90年代即開始應用于工業和市政污水處理廠。但臭氧處理污泥過程中存在臭氧氧化效率和利用率低、傳質效果差等問題,處理成本居高不下,從而限制了該技術在污泥減量領域的發展與應用。

近年來,為了提高臭氧的傳質與氧化效率,王裕祥等采用臭氧微納米氣泡技術進行污泥減量及碳源釋放研究,與傳統臭氧技術相比，臭氧微納米氣泡技術可以大幅提升臭氧對污泥的處理效率,強化污泥碳源釋放效果。在臭氧投加量為200 mg O3/(g SS)時,臭氧微納米氣泡處理的污泥ASCOD達到1964 mg/L,為傳統臭氧技術處理后的2.1倍,化學需氧量溶出率由18. 1% .上升至41.5%。Chu等利用臭氧微氣泡技術處理污泥發現,臭氧微氣泡技術可以提高臭氧利用率,微氣泡曝氣在接觸時間為80min的條件下,其臭氧利用率(>99% )遠高于傳統曝氣(72%)。在相同臭.氧投加量的條件下,臭氧微氣泡相比傳統臭氧曝氣可從污泥中多釋放出8倍的TP、2倍的COD和TN,即能大幅提升污泥的溶胞效率。

 

3.地下水原位修復

地下水是我國重要的水資源之--,近年來由于水污染嚴重,高效的地下水原位修復技術亟待開發。研究發現,臭氧微納米氣泡由于傳質能力強、傳質速率快、存在時間長,可隨水流影響更大的范圍，顯著地提高了地下水中氣體濃度并能提供持續氣體供應，能彌補現有的原位修復技術的局限性(傳統的地下水曝氣法影響范圍較小，對于微生物的促進作用較小)。因此,臭氧微納米氣泡技術在地下水修復方面具有良好的應用前景。夏志然等對比分析了臭氧微納米氣泡與毫米級氣泡在地下水體內的溶解傳質過程,發現微納米氣泡條件下溶解臭氧濃度的.上升速率、溶解臭氧濃度及停留時間分別可達到毫米級氣泡條件下的4倍、5.1倍和10倍,同時微納米氣泡能夠顯著提高臭氧的氧化能力,降低特征污染物降解所需臭氧量。

 

4.殺菌消毒

臭氧由于具有強氧化性,可以達到殺菌徹底、無殘留、殺菌廣譜、消毒效果好等效果,廣泛應用于飲用水及醫療衛生機構空氣消毒，是公認的高效消毒劑。研究表明,微納米氣泡技術可提高殺菌效果,降低臭氧投加量。采用臭氧微氣泡技術滅活枯草芽孢桿菌，發現在低濃度臭氧投加條件下,臭氧微氣泡對枯草芽孢桿菌可達到很好的滅活效果。大屋奈緒子利用納米級臭氧氣泡對諾如病毒進行滅活,發現經臭氧納米氣泡處理后,諾如病毒滅活效果好，無需再利用氯氣等進行殺菌,可使處理后的食品味道更好。