污水厂二级出水的臭氧反应动力学研究

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1、中国给水排水污水厂二级出水的臭氧反应动力学研究王晟!，王晓昌"，张玉先!，徐祖信!（!#同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室，上海"$$$%"；"#西安建筑科技大学环境与市政工程学院，陕西西安&!$$’’）摘要：研究了采用活性污泥工艺的污水厂二级出水的臭氧反应动力学。间歇流试验表明，臭氧氧化二沉池出水呈一级反应。整个反应过程分(个阶段进行：起始(!)*+,内发生高速率反应，之后速率减缓直至!!#’*+,左右反应停止，反应停止点即是所需的臭氧接触时间。用该法找到的臭氧接触时间被连续流中试证明是可靠的。关键

2、词：臭氧化；污水深度处理；臭氧反应动力学中图分类号：-&$(文献标识码：.文章编号：!$$$/)0$"（"$$(）$&/$$’0/$"采用活性污泥工艺的污水厂出水中含有复杂的’———臭氧氧化反应时间有机物，往往需要在深度处理系统中被进一步去除。［8］———8在’时间内的平均浓度((臭氧化的目的并不是直接降低水中!"#的总量，&7———反应速度常数［!］而是用于改变水中有机物的性质。$%"’)是满足典型的试验结果见图!。这一应用的一个很好的指标，它不仅对臭氧敏感，而且能够反映水中有机物的饱和度和生化性，并表示吸

3、收$%的物质总量。"’)!间歇流试验!"!试验装置试验以西安市北石桥污水净化中心二沉池出水为原水，臭氧（由臭氧发生器产生）在装有"1原水的臭氧接触器中与水中有机物反应，从取样口取样并监测水中$%值随反应时间的变化；逸出的气"’)体在后续气体吸收瓶中被23吸收，在反应时间内图!二沉池出水臭氧化反应速率曲线流入接触器的臭氧量与尾气中流出的臭氧量之差即$%5是反应过程的臭氧消耗量。4,对时间的下降曲线由(段斜率不同的$%$!"#结果与分析直线组成：起始(!)*+,内$%迅速下降，之后速［"］臭氧与水中有机物反应的动

4、力学方程为：度减缓，直到!!#’*+,左右下降曲线陡转为近乎水$%5平，标志着反应的终止。这(段直线代表着反应器4,6/&7［8(］·’（!）$%$内(个不同的反应阶段。式中$%———起始的$%值$"’)"第一阶段$%5———’时刻的$%"’)值这一阶段参加反应的物质主要是易被8(氧化基金项目：陕西省自然科学基金资助项目（"$$$.$&）·’0·分解的物质，这些物质有着很高的!值，进入反应主要原因是：!器的"#迅速与其反应。"#的消耗速度快，水中%间歇流试验中臭氧接触器在反应速率上等［"］较小，但斜率$!［"

5、］仍然很大，"#值迅同于推移流反应器，而中试的连续流臭氧接触器不#!#%&’速下降。能达到这种理想状态（示踪试验的结果表明，它相当于%个全混流反应器串联），所以其反应速率小于间!第二阶段这一阶段的反应物质主要是上一阶段中未与歇流臭氧接触器的反应速率。"#反应的物质以及上一阶段被"#不完全氧化的产!在间歇流臭氧接触器中，臭氧浓度和氧化还原电势逐渐升高，最终会达到饱和，而在连续流臭物，它们与"的反应速率较低，!值较小。由于#!氧接触器中两者都总是维持在某一个稳定值，说明进入反应器的"流速是不变的，"消耗速率的下#

6、#一部分较难分解、$%&值高的有机物在连续流试验降即意味着反应器中［"］的上升，这会导致水中氧#中并不与臭氧反应而是随水流出，出水"#值相%&’化还原环境发生变化：反应器中［"］上升到一个较#对间歇流情况下较高，但这也减少了反应所需的臭高的值，氧化还原电位（$%&）也上升到一个较高的氧投加量。值，水中难氧化、$%&值高的有机物在这一新环境连续流试验表明，间歇流试验中确定的臭氧反下开始与"反应。这一阶段!较小、［"］较大，#!#应时间可作为连续流试验的水力停留时间。斜率（$!［"］）比第一阶段小，"#值下降速!

7、#%&’"结论率减缓，持续时间较长。臭氧与污水厂二级出水的反应满足一级反应动"第三阶段力学。整个反应过程分为#个阶段：第一阶段为#这一阶段水中的残留有机物是第一、二阶段中$’,./内的高速率反应，参加反应的物质是水中未与"反应的物质以及被"不完全氧化的产物，##易被氧化、$%&值低的物质；第二阶段为2$+,./，它们与"的反应速率很低，!值很小，［"］继续#!#此阶段反应速率较低，参加反应的物质是在水中不上升直至饱和，虽然此时［"］很大，但是$!［"］#!#易被氧化、$%&值高的物质；第三阶段从((*&,./

8、仍近乎于零。"#下降曲线转为水平，标志着以%&’左右开始，水中残留有机物很难再与臭氧反应，该时"#%&’为指示指标的反应终止。刻即是反应所需的臭氧接触时间。间歇流反应速率曲线得出的一个重要结果是：第二段直线与第三段直线的交点所对应的时间可认参考文献：为是臭氧化所需的反应时间。［(］345,6/-!76849:;.*3<,6=496>/4?@A496AB4/.1,4??A6,-A./;