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【關鍵詞】臭氧;過氧化氫;羥基氧化鐵;脫色
0 前言
目前的印染廢水處理技術中,混凝法只適于除去疏水性物質,而且產生的大量的化學污泥難以處理;吸附法與膜分離法因分別用到了活性炭和生物膜,因而投資造價高,且存在著再生性差的缺點;光催化氧化雖處理效率高,但技術尚未成熟,仍未能大規模應用。因而,開發一種經濟、高效的處理技術才能從根本上解決印染廢水的處理問題。臭氧氧化作為一種高級氧化技術,已被廣泛應用于飲用水處理[1]。
臭氧氧化法的應用十分廣泛,它在殺菌、消毒、脫色、除臭、氧化難降解有機物與改善絮凝效果方面有明顯的優勢。由于臭氧不殘留或產生二次污染物,所以在食品、制藥、供水等行業得到廣泛應用[2]。
1 反應機理
廢水中的染料發色是由于存在著發色基團,如偶氮基―N=N―,羧基>C=O ,乙烯基>C=C
1.1 臭氧與過氧化氫反應機理
鏈的終止反應為:
1.2 過氧化氫與羥基氧化鐵反應機理
Joonseon Jeong等人通過實驗,提出了過氧化氫與羥基氧化鐵反應使染料脫色的機理[4]:
2 實驗流程
2.1 實驗條件及結果
采用活性艷紅染料(K-2BP)配制成溶液(0.1g/L)模擬污水,分別用聚合硫酸鐵、三氧化二鐵、硫酸亞鐵、過氧化氫與臭氧搭配,按照表1實驗流程進行實驗,對比處理前后CODcr去除率(表1)、脫色效果(圖1)、可見光譜圖(圖2):
2.2 起始pH值及亞鐵離子對脫色效果的影響
由實驗結果可以看出:在本實驗中,起始條件為近中性時催化氧化脫色效果最好,為酸性時氧化脫色時間加長,而開始時pH值為堿性時,1h都不能脫色;此外,加入亞鐵離子對氧化脫色有明顯的促進作用,是因為亞鐵離子又與過氧化氫形成FENTON試劑,提高了氧化效果。
2.3 pH調節及除鐵實驗
因為本實驗所選用方法的原因,經過處理后的溶液為強酸性,并且產生了大量的鐵離子,故考慮用堿溶液將反應后的溶液調節成中性同時將鐵離子除去。本實驗研究了硫酸鋁鉀、氫氧化鈣、氫氧化鈉以及他們的混合物,并配合了高分子絮凝劑聚丙烯酰胺(PAM)和聚丙烯酸鈉(PAAS),對pH值的調節以及對鐵離子的去除。
3 結論
本實驗所采用的臭氧催化氧化法對所采用的所有染料在短時間內都具有明顯的脫色效果。脫色后的染料溶液呈淡黃色,呈強酸性(pH值為2-3),通過加入[NaOH+Ca(OH)2+PAM]可以調節其pH值至近中性,并能夠快速地使溶液澄清,達到排放標準。
臭氧氧化法處理廢水日見普及,具有處理效果好、占地面積小、自動化程度高、無二次污染等其他方法無法取代的優點[5]。但是,同時也存在臭氧產生效率低、耗能大、費用高、配套工藝及技術不夠完善等問題。因此,如何進一步提高臭氧的利用效率和氧化能力,如何使生產臭氧的成本降低和廣泛推廣臭氧的應用技術是當前要解決的關鍵性問題[6]。
【參考文獻】
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[3]鐘理,李小瑩,呂揚效.高級氧化過程降解廢水及其反應機理[J].廣東化工,2001(1):24-26,29.
[4]Joonseon Jeong. Decolorization of Dye with Iron Oxide Catalyzed Decomposition of Hydrogen Peroxide[J].Environ.Sci.Tech,32,2006, 1414-1418.
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面肌抽搐又稱面肌痙攣、面肌陣攣或顏面部痙攣。本病病因尚不明確,故稱原發性面肌抽搐,多為面神經通路上受到病理性刺激所產生。面肌痙攣者表現為半側面肌的不自主抽搐,多起病緩慢,常從眼輪匝肌內間歇性抽搐開始,隨后波及口輪匝肌,甚至一側面部,嚴重者可累及同側的頸闊肌。可因疲勞、精神緊張、自主運動而加劇,但不能自行控制。患者在安靜時癥狀減輕,入睡后消失。繼發性面肌抽搐可由于顱內病變如腫瘤、炎癥、外傷所致,個別癲癇病患者發作時也可出現面肌抽搐。臨床上應注意區別,對繼發性病變應注意原發病的治療。
中醫辨證論治
本病屬中醫學的“筋惕肉抽”的范疇。外感風寒,風陽上擾,氣機阻滯,氣滯血淤,風陽挾痰上擾為本病的主要病理機制。臨床分型如下:
風寒滯留型:發于單側面部的發作性抽搐,開始由下瞼抽動,逐漸波及嘴角,每次發作時間1分鐘〜10分鐘不等,每日發作十至幾十次不等,常因陰雨天氣而加重,發作時間較久時,病側的面部拘緊,患側眼裂變小。面部肌肉萎縮,舌質淡紅,苔薄白,脈緩或沉細。
治則:溫散寒邪,舒筋解痙。
脾胃虛弱型:發于單側面部的發作性抽搐,面色不華,氣短乏力,納呆神疲。開始發病時下瞼抽動,逐漸波及患側面部肌肉,尤其在情緒激動或疲勞時,抽搐更甚,睡眠后停止。每次發作1分鐘〜10分鐘不等,每日發作數十次不等,情緒好、睡眠好時可數天不發病。舌質淡、苔薄白、脈細弱。
治則:活血健脾,通調面絡。
陰虛陽亢型:發于單側面部的發作性抽搐,素有頭暈、失眠、多夢易醒、耳鳴、腰膝酸軟、頭痛口苦、急躁易怒、耳后疼痛,開始發病即出現眼角部及口角部抽搐,隨即發展到患側面部其他肌肉,開始每日發作數次或有時不發,隨著病情加重發作次數逐漸增多,情緒不穩時加重。舌質紅,苔薄黃少津,脈弦細數。
治則:平肝息風,舒筋鎮痛。
養生與食療
本病最忌精神緊張,患者千萬勿操心、性急,盡量減少心理壓力。多休息,改變急功近利的心態。飲食以清淡且富含高維生素、高蛋白、高纖維素的食物為主,戒煙酒為宜,更應少參加聚會。
防風枸杞粥:防風20克,枸杞30克,小米100克。防風用紗布包好,與枸杞和小米同煮粥。適用于風寒滯留型面肌抽搐者。
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關鍵詞:臭氧,預氧化,給水處理,應用,問題
中圖分類號:TQ123.2 文獻標識碼:A
引言:隨著城市化步伐的加快,大部分城市的水源受到不同程度的污染,部分水源處于富營養化狀態。部分水源有機物含量高,常規處理工藝對原水中有機物的去除效果有限,一般去除率在30%以下,且去除的主要為大分子有機物(分子量大于6000).后續采用液氯消毒時,水中殘存的有機物與氯發生取代反應,生成大量的三鹵甲烷類物質,使飲用水的安全性受到懷疑。實際生產中,常采用預氧化工藝來強化常規處理工藝對有機物、藻類的去除。
1、臭氧預氛化的研究現狀
臭氧是一種強氧化劑,一直以來,臭氧被用作氧化劑和消毒劑,人們在上個世紀就開始使用臭氧對飲用水做消毒處理。但隨著對臭氧氧化性能的廣泛研究,大量實驗表明,在飲用水處理工藝前增加臭氧的預氧化環節可以有效地增強后續工藝的處理效果。臭氧化作為預氧化的一種工藝,它對水體有復雜的影響作用。采用臭氧預氧化可以使有機物得到明顯去除,在一定劑量下,臭氧提高濁度去除率的同時,降低了對有機物的去除率;還有些報道指出,臭氧的作用使得有機物平均分子量降低,導致可由混凝去除的有機物分子數目降低,從而影響有機物總體去除率。此外,臭氧在水溶液中的反應,還與溶液的pH、溫度、反應物的結構、濃度以及臭氧的濃度等因素都有關系。
臭氧預氧化在給水處理中的應用
臭氧的氧化能力極強,氧化還原電位為2.07V,在堿性溶液中僅次于氟。臭氧最早的試驗應用是1886年在法國用作殺菌劑。20世紀60年代末臭氧開始用于原水預氧化[26]。預臭氧主要用于脫色除臭、去除藻類和藻毒素、控制氯化消毒副產物、初步去除或轉化污染物、助凝等,一般認為其對水質的改善程度取決于原水水質和臭氧化條件等。預臭氧化同時產生一定的醛類、嗅酸鹽等有害副產物。
2.1臭氧預氧化對無機污染物的去除
在采用臭氧預氧化進行給水處理時,可有效去除無機的鐵、錳等金屬離子。當二價鐵和二價錳共同存在時,臭氧首先會被二價鐵迅速消耗,所以對含鐵和錳的地下水,臭氧投加量較低時,錳離子的氧化率一般較低。地表水中的有機物會影響鐵和錳的去除,在投加臭氧劑前應先去除。硫化物和氰化物通過與臭氧反應生成SO2、H2SO4和N2、CO2、H2CO3等物質從而得到去除。臭氧無法去除水中的氨氮,氨氮含量反而可能會隨著臭氧投量的增加而升高。雖然臭氧可將氨氧化成硝酸鹽,但在中性條件下反應很慢,臭氧預氧化還可將水中硫化氫氧化成硫酸根,將亞硝酸鹽氧化成硝酸鹽。
2.2臭氧預氧化對有機污染物的去除
在利用臭氧預氧化進行水處理過程中,臭氧可以與水中有機物反應,通常使有機物分子量變小,芳香性消失,極性增強,可生化性提高。臭氧與有機物的作用主要有兩種途徑:一種是和有機物的直接氧化作用;另一種是被分解后的羥基自由基(#OH)間接地與水中有機污染物作用。臭氧的直接反應具有選擇性,而間接反應是非選擇性的,自由基可與水中多種有機污染物反應。臭氧對CODMn的去除率與投加量有很大關系,當臭氧投加量在0. 5mg/L以下時,臭氧的主要作用不是將有機物完全氧化,而是將大分子有機物轉化成小分子,使溶解性有機物的含量上升,此時CODMn去除率不高。當臭氧投加量進一步提高后,隨著接觸時間的延長,部分小分子有機物會被完全氧化,使出水CODMn顯著降低,去除率可達40%。UV254可以作為難揮發性總有機碳和總三鹵甲烷生成勢的替代參數,與COD、TOC、BOD5有顯著的相關性,可以根據其推斷水中有機物總濃度的情況。
2.3改善感官指標
在進行水處理的時候,關于水的色度的去除,其中比較容易去除的是光吸收和散射引起的表色較易去除,溶解性有機物引起的真色較難去除。致色有機物的特征結構是帶雙鍵和芳香環,代表物是腐殖酸和富里酸。臭氧通過與不飽和官能團反應、破壞碳碳雙鍵而去除真色,同時臭氧可氧化鐵、錳等無機呈色離子為難溶物。水的嗅味主要由腐殖質等有機物、藻類、放線菌、真菌以及過量投氯引起,現已查明主要致臭物有土臭素、2-甲基異冰片、2,4,6-三氯回香醚等。臭氧通過與其它技術聯用的手段,會增加其除嗅味的能力。Toshio等在原水土臭素、2-甲基異冰片濃度分別為0.8/L,1.0/L時,采用0.5mg/L,2.Omg/L預氧化對兩種致臭物的去除率比采用2.0mg/L預氧化的值高40%。
2.4助凝
在利用臭氧預氧化對水進行處理的時候,會使水產生絮凝。有關科研人員對此進行了相關研究,發現臭氧預氧化產生絮凝的可能機理是:增加水中含氧官能團有機物(如梭酸等),使其與金屬鹽水解產物、鈣鹽等形成聚合體,降低無機顆粒表面NOM的靜電作用,引起溶解有機物的聚合作用,形成具有吸附架橋能力的聚合電解質,使高穩定性藻類脫穩、產生共沉淀等。影響預臭氧化助凝效果的主要因素是:原水TOC、硬度、預臭氧化及絮凝條件、藻類種屬及數量、濁度等。不同原水的預臭氧化助凝效應差別較大,對低Toe含量(2mg/L)且硬度與Toe比值大于25mg/mgTOC的原水較易于發生微絮凝;對中高TOC含量的原水進行預臭氧化或者采用高臭氧量和pH,則可能產過多高電荷、小分子有機物,不利于改善絮凝和過濾效果。
2.5臭氧對致病微生物的滅活
眾所周知,臭氧是一種強效滅菌氧化劑,對細菌有很強的殺滅作用,滅菌過程屬生物化學氧化反應。臭氧分解時釋放的新生態氧具有極強的氧化能力,氧化分解細菌內部葡萄糖所必需的酶,使細菌死亡;新生態氧可滲透入細胞膜組織,與外膜的脂蛋白和內膜的脂多糖作用,使細菌發生通透性畸變而死亡;新生態氧直接與細菌、病毒作用,破壞細胞器、DNA和RNA,使細菌的新陳代謝受到破壞而死亡。臭氧首先作用于病毒的衣體殼蛋白的四條多肽鏈,并使RNA受到損傷,特別是破壞形成病毒的蛋白質。噬菌體被臭氧氧化后,電鏡觀察可其表皮破碎成眾多碎片,并釋放出許多核糖核酸,干擾其吸附到寄存體上。臭氧對病毒及原生動物都有很強的滅活作用。
2.6控制氯化消毒副產物
在進行水處理時,進行氯化消毒過程中會產生副產物三鹵甲烷,富里酸和腐殖酸是主要的前質。有研究報道臭氧氧化通過將腐殖質分解為低分子量化合物,達到降低三鹵甲烷生成勢(THMFP)的作用。預臭氧化去除氯化消毒副產物(DBPs)前驅物質的效果取決于原水水質及預臭氧化條件,主要是TOC及Br含量、有機物性質、臭氧投量及時間、水溫、pH等。
2.7控制藻類
藻類問題一直是給水處理中普遍的一個問題。當水中的藻類含量過高時,會直接影響絮凝和沉淀,增加絮凝劑的用量;堵塞濾池,縮短濾池過濾周期;致臭并產生藻毒,和氯作用形成氯化消毒副產物,降低飲用水安全。研究表明預臭氧化可作為除藻的一種預處理方法,它和常規處理及其它技術配合使用是處理富營養化水原水藻類問題的有效途徑之一。藻毒素是藻類污染的另一重要方面,在一定條件下臭氧可以有效去除藻毒素,主要取決于臭氧投加量和原水水質。在藻毒素含量均為20Lg/L,保證接觸5 min后水中存在殘余臭氧時,即可將LR和LA型藻毒素完全去除;而全部去除念珠藻毒素-a需保證0. 06 mg/L的殘余臭氧;臭氧對藻毒素綜合去除率能達到96%。
2.8臭氧化副產物
在利用臭氧預氧化對給水進行處理的過程中,不可避免的會有害副產物,從而影響到水的化學安全性。有機副產物以醛類為代表(其中甲醛最常見),無機副產物以嗅酸鹽為代表。采用預臭氧化工藝的水廠出水中嗅酸鹽濃度普遍較高,國外的研究表明,在臭氧投量1.5mg/L進水TOC為3.0mg/L左右的條件下,甲醛和乙醛平均生成量分別為40/L和15/L左右。另外大量研究表明,臭氧化會改善水的可生化性,增加水中有機營養基質的含量。雖然殘余消毒劑可在一定程度上限制管網中的細菌生長,但在有機營養基質濃度較高時,細菌仍會再度繁殖,并附著生長在管壁上形成生物膜,增加水中細菌總數,而且有些細菌危害性更大,在一定程度上影響自來水的微生物安全性。
3、結語
在水處理過程中運營臭氧預氧化技術,可以提高水處理的質量。臭氧預氧化具有很好的氧化和助凝作用,具有反應時間短、投加量少、氧化能力強的特點。對色度、臭味和濁度有很好的去除效果,有效去除無機的鐵、錳等金屬離子,減少三鹵甲烷的生成勢控制消毒副產物,具有較強的除藻殺菌作用。臭氧發生裝置的發展降低了電耗和運行成本,促進了臭氧預氧化的推廣。
參考文獻
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隨著人類社會的快速發展,城市化與工業化水平日益提高,水資源短缺已成為亟待解決的問題。在我國,人均占有水資源量約為世界人均水資源量的1/4,按UNDDSMS分類,其排位在世界100-117位之間,為水資源脆弱的國家之一[4]。
同時,隨著經濟建設的快速發展和城市人口的增加,城市用水需求必然會增長,對水資源的威脅也目趨加劇。為了緩解水資源匱乏現狀,將污水作為一種可再生利用的資源成為當今解決水危機的重要途徑。常規的污水回用處理工藝多為混凝沉淀過濾工藝,但是由于沒有強氧化劑的存在,無法去除污水中殘留的難生物降解有機物[2],并且常規工藝對色度的去除局限在對表觀色度的作用,無法去除溶解性的真實色度,對臭味的去除也很有限[1]。
臭氧–氣浮工藝將臭氧氧化技術與氣浮分離技術相結合,在一個操作單元內實現了破乳或絮凝、固液分離、除色、嗅、昧、消毒等多個過程[1]。而且其中臭氧能夠促進氣浮工藝的處理效果。同時本工藝又有明顯的殺菌消毒能力,用臭氧作為消毒劑,在有明顯效果的同時,不會產生對人體有害的副產物。另外,水力停留時間低也是本工藝的優勢之一。
2 臭氧氧化在水處理中的應用
臭氧(O3)是氧的同素異構體,強氧化劑、殺菌消毒劑、催化劑、脫色劑和除臭劑。臭氧在水中的溶解度比氧約大10倍,氧化電位為2.07V,氧化能力僅次于氟。臭氧能與水中各種形態存在的污染物質起反應,將復雜的有機物轉化成為簡單有機物,使污染物的極性、生物降解性和毒性等發生改變。
臭氧與有機物的反應有兩種途徑:一是臭氧通過親核或親電作用直接參與反應[9];二是堿性條件下臭氧在水體中分解后產生氧化性很強的羥基自由基等中間產物,發生間接氧化反應,用于高級氧化技術。臭氧能與許多有機物或官能團發生反應,如C=C、芳香化合物、雜環化合物、N=N、C=N、C-Si、-OH、-SH、-NH:、-CHO等[2]。而反應后多余的O3可自行分解為O2,操作方便。因此,臭氧技術成為了治理環境和水質污染的關鍵技術,在凈化污水的化學氧化工藝中,地位穩步上升,在水處理中有著廣闊的應用前景[5]。
臭氧氧化技術具有反應速度快、脫色效果好、可以處理水溶性高分子等難生物降解物質、以及可殺菌除臭等特點,普遍應用于空氣、飲用水、泳池水、工業用水和污水的消毒;水回用和地下水回灌[7];循環冷卻水處理;物體表面的消毒以及油煙凈化等方面[5]。
臭氧氧化工藝往往是作為一個操作單元接在常規的水處理流程之后,其目的就是對水進行深度處理。從本世紀70年代。
在臭氧-氣浮工藝中,臭氧的氧化是非常重要的環節。生物處理以后,原水中還存在大量的難生物降解的有機物,用常規的工藝很難對其進行處理,而臭氧的強氧化性可使有機物的結構發生顯著變化,因此,由于采用臭氧化空氣作為氣浮工藝的氣源,具有了在脫色、除臭和有機物去除方面的優勢。同時,很多研究者發現臭氧能夠改變水中懸浮顆粒物的性質,從而改變絮凝操作單元的去除效果,這樣臭氧又對混凝氣浮工藝有了一定的促進作用[3]。
3 氣浮分離工藝在水處理中的應用
氣浮法是一種高效、快速的固-液和液-液分離方法。是向廢水中通入空氣,并以微小氣泡形式從水中析出成為載體,使廢水中的乳化油、微小懸浮顆粒等污染物質粘附在氣泡上,隨氣泡一起上浮到水面,形成泡沫一氣、水、顆粒三相混合體,通過收集泡沫或浮渣達到分離、凈化的目的。要實現氣浮分離必須具備兩個條件:一是必須向水中提供足夠數量的微氣泡;二是必須使要分離的物質呈懸浮狀態或具有疏水性質,有利于與氣泡結合并上浮。
我國不少水源富營養化比較嚴重,而且有繼續惡化的趨勢,隨著城市的土地資源越來越緊張,溶氣氣浮工藝在我國有很好的應用前景。目前,氣浮分離工藝在水處理方面得到了廣泛的應用。在給水方面,氣浮法適用于處理腐殖質含量較高或天然色度較高、富營養化、濁度較低甚至是低溫低濁原水。在廢水處理領域,氣浮法的應用則更廣。由于在處理輕質污染物上存在很大優勢,氣浮法被廣泛的應用于煉油廠含油廢水的處理。另外,氣浮法也用于處理電鍍廢水、含重金屬離子廢水、洗毛廢水處理、城市生活污水以及富營養化前驅物。在生活污水的二級處理和深度處理方面,氣浮工藝也同樣得到應用。
與沉淀法比較,氣浮法具有如下特點:氣浮法占地較小,節省基建投資;氣浮池具有預曝氣作用,出水和浮渣都含有一定量的氧,有利于后續生化處理或再利用,泥渣不易腐化;對那些很難用沉淀法去除的低溫低濁含藻水,用氣浮法處理的時間短、效率高,甚至還可去除原水中的浮游生物,并且出水水質好;浮渣含水率比沉淀污泥含水率低,比沉淀池污泥體積少2-10倍,有利于污泥的后續處理,而且表面刮渣也比池底排泥方便。但是氣浮法電耗較大,處理每噸廢水比沉淀法多耗電約0.02-0.04kw/h。
氣浮在“老三套”方法中起著承上啟下的重要作用。目前國內外氣浮按照氣泡產生的方法,可分為加壓溶氣氣浮(DAF)、葉輪氣?。↖AF)、曝氣氣浮、引風空氣氣浮、電解氣浮等。但是由于這些氣浮都是采用空氣 ,所以效果在一定范圍內可以達到極限,不能解決事故狀態下及高濃度廢水的生化進水要求。利用臭氧替代空氣與氣浮結合,從而提高了氣浮的去除率,滿足生化進水要求,從而保證了污水處理回用[9]。
4 臭氧—氣浮工藝在水處理中的應用
4.1 概述
臭氧一氣浮工藝是將臭氧氧化技術與氣浮分離技術相結合的一種新型深度處理工藝。由于采用臭氧化空氣為氣源,對有機物的去除較為徹底,有明顯的殺菌消毒作用,同時臭氧又有較強的助凝作用,能夠促進氣浮工藝的處理效果;氣浮工藝則在具有去除懸浮顆粒物能力的同時又比混凝沉淀工藝減少了水力停留時間,而溶氣泵良好的混合效果又為充分發揮臭氧的氧化作用創造條件[3]。
目前水處理中所用到的氣浮方法絕大多數是采用空氣作為氣源,本工藝將臭氧氧化與高效氣浮有機結合起來,每個環節所發揮的作用都有其側重面。在發揮各自作用的同時,雙方又有重要的聯系。
4.2 工藝流程
臭氧—氣浮工藝是一種將臭氧氧化與高效氣浮有機結合起來的集成式水處理方法。該工藝是以臭氧代替空氣作為溶氣氣源,利用溶氣泵吸入臭氧,在分離器內部釋放產生均勻臭氧微氣泡,同時實現臭氧氣泡與污染物的接觸粘附和對污染物的氧化過程,最終完成氣浮分離。整個接觸混合與氣浮分離過程在密閉裝置中進行,裝置頂部設置排渣口,通過自動控制系統定時進行排渣操作,利用水位的定時升降實現全自動密閉排渣[10]。
4.3 技術優點
實際情況中,在經過生物處理以后,原水中還存在大量的難生物降解的有機物,用常規的工藝很難對其進行處理,而臭氧的強氧化性可使有機物的結構發生顯著變化有非常重要的影響,溶氣泵良好的混合效果能夠使臭氧與水充分、均勻的混合,有利于臭氧各種作用的發揮。在臭氧–氣浮工藝中,使用臭氧化空氣或臭氧化氧氣代替空氣在特殊構造的氣浮池中進行氣浮處理,臭氧的氧化是非常重要的環節,其優點在于把臭氧氧化的化學現象和氣浮凈水技術的物理現象有機地結合在一起,充分發揮臭氧的強氧化劑和有力的消毒劑作用。
因此與過濾、膜分離、紫外線消毒等工藝相比,臭氧-氣浮法適用范圍更廣,處理效率更高,處理對象更多樣。96%以上的臭氧利用率,節省了用于消毒的臭氧設備費用。去除有機物、磷化物,殺死病原菌,脫色等處理效果佳。特別適用于處理含有難分解物質的廢水。
4.4 影響因素
混凝條件、氣浮條件以及臭氧的投量對工藝的處理效果均有非常重要的影響:混凝條件是否合適,決定了能否產生足夠的絮體與污染物以及微氣泡進行粘附,而回流水量、溶氣壓力等氣浮條件則決定了微氣泡的產生[3]。氣浮所需的空氣量和浮渣的去除也對氣浮過程有較大的影響,氣浮所需的空氣量隨選擇的溶氣壓力或回流比而變化。因此不同尺寸的釋放器要求不同的流量與壓力的組合,從而提供同量的空氣。不同的水質經過氣浮處理后形成的浮渣具有不同的特性,對于某一特定水質,為了使浮渣去除對出水的影響到最小化,對浮渣的去除方式、刮渣方向、去除頻率、刮渣速度和氣浮池水位必須進行優化。
5 臭氧—氣浮工藝在城市污水再生回用中的應用
城市污水的再生利用主要包括利用和再生兩環節,污水利用的條件是擬進行回用的水必須滿足一定用途的水質要求。因此,回用處理的環節是必不可少的。在這一戰略的實施過程中,具有節水和治污雙重功能的問題將得到廣泛的關注。但由于我國污水再生產業還處于起步階段,國家建設資金極端缺乏、價格體系不健全,嚴重影響了城市污水再生利用產業化進程。因此,研究污水再生利用的機制是加快城市污水再生利用產業化進程的重要問題。
目前常規污水回用工藝中存在許多問題。常規的污水回用處理工藝多為混凝沉淀過濾工藝,對污水中存在的呈膠體或懸浮態的污染物有明顯的效果,出水濁度較低。但是由于沒有強氧化劑的存在,無法去除污水中殘留的難生物降解有機物。一般的混凝沉淀過濾工藝缺乏對二級處理后水中殘留的難生物降解有機物的去除效果,其出水會帶有輕微的刺激性氣味。因此,常規工藝對色度和臭味的去除很有限。并且生活污水經二級處理后,多為粒徑小、密度低的雜質,增加了用沉淀工藝對其進行處理的難度。
常規工藝不僅在處理效果上非常有限,而且在工藝上也存在弊端,需要新型工藝在以上兩個方面有較大的改善。與常規回用水工藝相比較,臭氧—氣浮工藝在工藝特征方面,臭氧—氣浮工藝對進水水質沖擊負荷具有很好的緩沖能力,尤其在濁度、色度、細菌、大腸桿菌等方面具有極強的耐沖擊負荷能力。研究結果表明,二級出水水質經臭氧—氣浮工藝深度處理后,出水中的濁度、色度、COD等指標均能達到國家城市雜用水水質標準(GB/T18920-2002),同時對二級出水中的UV254、細菌和大腸桿菌也有很好的去除效果。因此,臭氧—氣浮工藝在城市污水再生回用中的應用使得處理效果和工藝特性上都能夠滿足需要。
6 臭氧—氣浮工藝的發展前景與展望
通過長期的實驗,可知臭氧一氣浮工藝非常適合對污水廠二級出水進行深度處理,它解決了常規回用水工藝對色度等感觀性指標不易去除以及滅菌有害副產物多的難題,并且對難生物降解有機物有較高的去除率。此外,本工藝還適用于造紙廢水一級處理、印染廢水等有機污染處理,可以說具有廣闊的污水處理前景[3]。
從操作方面來看,本工藝又優于冗長的混凝沉淀過濾工藝,而另一方面又克服了傳統氣浮工藝的各種弊端,操作簡單,自動化程度高[3],近年來,隨著水泵生產技術的發展,國外出現了以溶氣泵代替空壓機、溶氣罐的氣浮裝置,使系統得到簡化,大大提高了設備運行的可靠性[1]。另外,處理過程中所產生的浮渣含水率遠遠低于沉淀工藝產生的污泥,大大降低對其處理的難度,而且還可以回收有用物質,這進一步提高了臭氧一氣浮工藝的實用價值[3]。因此,臭氧—氣浮工藝在城市污水處理廠二級出水深度處理中,更能解決常規水處理工藝的感官性指標不易去除及氯消毒有 害消毒副產物等難題,并提高難降解有機物的有效去除率[1]。
參考文獻:
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關鍵詞:水污染,臭氧,有機物,副產物,氧化
中圖分類號:U664.9+2 文獻標識碼:A 文章編號:
1 污水臭氧處理工藝的應用
水是自然界的基本要素,是人類和生物賴以生存的基本條件。是一切細胞和生命組織的重要成分,是構成自然界一切生命的重要物質基礎。水資源是可再生資源,但不是取之不盡的。水覆蓋著7l%的地球表面,但是在13億立方千米的水資源中,淡水只有3000萬立方千米,而且其中88%呈固態(冰帽和冰川),在12%的淡水中多數是地下水,人類能直接利用的水資源僅是只占全球總儲水量中2.53%的淡水中的0.34%的江河湖泊及淺層地下水。
我國的水資源分布具有地區、進程上的不均勻性,是水資源相對較少的國家。平均年降水深633毫米(全球800毫米,亞洲740毫米),多年平均年河川徑流總量26600多億立方,占世界第五位。人均占有水量只相當于世界人均占有河川年徑流量的1/4。
1840年法國科學家Schonbein在電解稀硫酸時,發現有一種特殊臭味的氣體釋出,因此將它命名為OZONE(臭氧O3)。自此以后,歐洲的科學家率先開始研究臭氧的特性和功用,發現廣譜的滅菌效果后,開始工業生產應用。已經證明,臭氧可用于水中污染物的氧化與分解;脫色、除嗅、殺菌、滅藻、病毒滅活;除鐵、除錳、除硫化物、除酚、除氰、除農藥、除石油制品、除水中致癌物質及表面活性物質;降低水中的BOD、COD等等,都具有特殊的處理效果[1,2]。美國七十年代初開始利用臭氧處理生活污水,主要是為了滅菌消毒、去除污染物、脫色等達到排放標準。日本則在缺水地區將污水用臭氧處理后作為中水使用。美、日、德、法等國家近年來都建立了大規模的臭氧污水處理廠。
2 臭氧在污水處理中的功效分析
臭氧是一種有特殊腥味的氣體,比重比空氣大;常溫常壓下,較低濃度的臭氧是無色氣體,當濃度達到15%時,呈現出淡藍色;化學式O3,比氧分子多了一個活潑的氧原子,因而決定了臭氧具有較強的殺菌能力及其他功能。
2.1 臭氧的殺菌、消毒作用
臭氧的殺菌機理在于它能夠影響到生物細胞中物質的交換。它對于使人和動物致病的病菌、病毒和微生物有很強的殺滅作用。臭氧能穿透細菌細胞壁,破壞細胞器,分解葡萄糖氧化酶、DNA、RNA等物質,阻斷細菌新陳代謝和繁殖。0.3 mg/L的臭氧水溶液作用1分鐘,大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的殺滅率達100%,臭氧的殺菌力是氯氣的3 000倍。臭氧能破壞分解病毒的核心和衣殼,影響DNA或RNA復制,從而殺滅病毒或抑制病毒的繁殖。在20℃水中,臭氧濃度為0.13 mg/L時可以100%的迅速滅活脊髓灰質炎病毒I型。一般消毒劑的殺菌消毒功能是進行性、積累性的,而臭氧是急速的,一旦臭氧水濃度達到某閾值,其消毒殺菌作用瞬時完成。
經比較臭氧、二氧化氯、氯對凈化水中的微小隱孢子蟲卵囊的滅活作用試驗證明,1ppm的臭氧作用5分鐘可滅活90%的卵囊,1.3ppm的二氧化氯則需1小時,80 ppm的氯則需作用1.5小時才能達到同樣效果。
2.2 改善感官指標
污水處理流程中,其必要的單元處理過程除水的消毒之外,就是水的脫色。臭氧化法不需要向水中投加其它化學藥劑。臭氧的強氧化能力可使水得到深度脫色處理。水的色度主要由溶解性有機物、懸浮膠體、鐵錳和顆粒物引起。其中光吸收和散射引起的表色較易通過傳統方法去除,溶解性有機物引起的真色較難去除。致色有機物的特征結構是帶雙鍵和芳香環。臭氧的脫色作用大致可解釋為酚的羥基被氧化成相應的醌。進一步的臭養化反應使其分子在與芳香核的連結橋處斷裂并生成起較弱染色作用的白腐酸。在大劑量地投加臭氧情況下,通過生成草酸的過程而發生芳香環的破壞。此外臭氧可氧化鐵、錳等無機呈色離子為難溶物;臭氧的微絮凝效應還有助于有機膠體和顆粒物的混凝,并通過顆粒過濾去除致色物。
(1) 臭氧的脫嗅作用
臭氧去除嗅味的效率非常高,一般l一3 mg/L的投加量即可達到規定閾值。臭氧化主要靠羥基自由基去除異臭物質,催化產生更多的自由基將加強臭氧的除臭功能。水源中的硫化氫基本上來源于污水的污染,采用臭氧處理含有36 mg/l硫化氫的水,當反應時間為20 min時,水中的硫化氫可降至0.17 mg/l,并可使水中嗅味全部消除。臭氧消耗量為2 mg/mg。由于生成硫酸,水的pH值降低。
(2)臭氧對有機物的去除
從COD含量及去除率變化曲線可以看出,,隨臭氧接觸時間的增加,實驗水體中CODCr含量呈不斷減少的趨勢變化,變化幅度從575.3 mg/L下降到413.15 mg/L,去除率達到了30%。這是由于臭氧的強氧化性將部分有機物氧化為H2O0和CO2。還可以看出,在臭氧接觸45min內CODCr去除速率為0.5 mg/L·min;且在.30-45 rain有個躍點,15 min內去除率從15%增加到了24%;從45—120 min,接觸時間延長了近3倍,而CODCr去除速率僅從24%增加到29%,增加了5%。由此也說明臭氧對CODCr的去除率并不與臭氧接觸時間成正比。即臭氧接觸時間在一定范圍內(30-45min)對CODCr的處理較為經濟合理。
2.3 臭氧對藻類的作用
藻類問題普遍存在于世界各國的水處理實踐中。藻類含量高時會影響混凝和沉淀,增加混凝劑量;堵塞濾池,縮短濾池過濾周期;致臭并產生藻毒素,和氯作用形成氯化消毒副產物。
臭氧化作用之一是溶裂藻細胞,二是殺藻,使死亡的藻類易于被后續工藝去除。臭氧投加量直接影響藻細胞的溶裂程度。James Ashish Paralkar等對小球藻的研究結果表明,投加3 mg O3/L才開始溶裂藻細胞,投加8 mgO3/L才明顯溶裂藻細胞。增大臭氧的投加量可改善除藻效果,南非Wiggins水廠在原水微藍藻含量為38.9萬個/L的情況下,投加3.2 mg03/L,5.0mgO3/L,7.9mgO3/L時的除藻率分別為39%,58%,90%。深圳水司的研究結果表明,在原水含藻量160萬個/L時,投加1.5mgO3/L可使除藻率達到42%,并且臭氧過氧化氫聯用可使濁度和藻類的去除效果同步提高。
2.4 助凝
多數文獻均報道了預臭氧化的微絮凝效應,即預臭氧化可降低達到相同濾后水濁度下的最佳混凝劑量,或提高一定混凝劑下的濁度去除率,延長濾池過濾周期。預臭氧化產生微絮凝的可能機理是:增加水中含氧官能團有機物(如羧酸等)而使其與金屬鹽水解產物、鈣鹽等形成聚合體,降低無機顆粒表面天然有機物(NOM)的靜電作用,引起溶解有機物的聚合作用而形成具吸附架橋能力的聚合電解質,使穩定性高的藻類脫穩、產生共沉淀等。影響預臭氧化助凝效果的主要因素是:原水TOC、硬度、預臭氧化及混凝條件、藻類種屬及數量、濁度。不同原水的預臭氧化助凝效應差別較大,對于低TOC含量(2 ms/L)且硬度與TOC比值大于25 mgCaCO3/mgTOC的原水較易于發生微絮凝,混凝劑投加量主要受顆粒物控制,適宜的臭氧投加量為0.5mgO3/mgTOC左右;對中高TOC含量的原水進行預臭氧化或者采用高臭氧量和pH,則可能產生過多高電荷、小分子有機物,不利于改善混凝和過濾效果。預臭氧化工藝規模最大的洛杉磯水廠(最大產量230萬m3/d),一般臭氧投加量1.0—1.5 ms/L,接觸時間5min以上,混凝劑量減少33%;絮凝時間縮短50%(從20 min降到10 min),絮凝池數目減少一半;過濾速度由22 m/h提高到33 m/h,反沖洗設備規模也相應減小。因此,臭氧化技術是否可用于助凝應以具體的原水水質為依據。
3 結論
臭氧是很好的水處理劑,具有快速殺滅飲水中細菌、病毒等致病微生物,沒有異味產生,可用于脫色除臭、控制氯化消毒副產物、去除藻類和藻毒素、助凝和助濾、去除或轉化污染物等。但應結合其他工藝共同作用,才可以在保證處理效果的前提下,盡量提高經濟效益。
參考文獻:
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2006~2009年收治腰間盤突出患者200例,男124例,女76例,年齡19~77歲,平均51歲。術前均經CT或MRI及臨床確診。部位L1/23例,L2/37例,L3/456例,L4/5104例,L5/S191例。嚴格選擇適應癥,無合并骨性椎管狹窄、側隱窩狹窄、椎體滑脫、黃韌帶肥厚等異常?;颊卟〕?個月~27年,術前均經過保守治療效果不滿意。
儀器設備:GE公司生產Hispeed SYS#CT單排螺旋CT;德國生產的MEDOZON臭氧發生器;19~21G Chiba針或多側孔酒精注射針。
手術操作步驟:術前操作間紫外線空氣消毒30分鐘以上,地面及CT機臺面進行84消毒液擦洗,手術器械采用一次性9G穿刺抽吸針,醫用臭氧發生器制備的臭氧濃度調節為50~60mg/L的醫用O.2-O.3,混合氣體10~20ml。
患者俯臥于CT掃描床上,行常規掃描,確定椎間盤突出間隙,病變間隙掃描5~6層,層厚2mm,掃描架與椎間隙平行;以突出最明顯的部位作為穿刺平面,在CT監視屏上確定穿刺點的中線旁開距離及穿刺角度,局部常規消毒,局部浸潤麻醉,按照所測的角度、穿刺點進針。在CT監視下穿刺病變椎間盤,使針盡量位于椎問盤中后1/3位置,于對髂骨翼較高導致L5~S1椎間隙穿刺困難者,可用椎體后路從正中旁開1cm左右穿刺進針,穿破黃韌帶后,注入過濾后的空氣5ml將硬膜囊推向一側,然后將穿刺針進入突出物內。再次CT觀察臭氧的分布情況,纖維環破裂者臭氧常常溢出盤外達硬膜外腔,根據臭氧在盤內和突出物內的分布決定注入量,一般總量不超過30ml, 退針至神經根附近注入臭氧5ml、地塞米松注射液5mg和利多卡因5ml以減輕神經根水腫。拔針后針孔用創可貼封閉,送患者返病房。術后臥床3天,常規靜脈給予抗生素3~5天。
結果
200例全部獲得隨訪,隨訪時間1~12個月。術后功能評定參考Macnab標準[1]:①顯效:直腿抬高>70°,癥狀完全消失,恢復正常活動,本組138例,占69%;②有效:直腿抬高30°,偶有輕微腰腿痛,但不影響工作和生活,本組46例,占22%;③可:直腿抬高試驗較術前增加15°,但
2例注射臭氧時出現惡心、嘔吐等臭氧過敏癥狀,經脫離臭氧環境、吸氧后癥狀緩解。
討論
醫用臭氧聯合糖皮質激素治療腰椎間盤突出癥,已經有較好臨床效果的報道[1]。臭氧具有強氧化性及抗炎鎮痛作用,皮質激素和臭氧的聯合作用,這種作用提高了治療成功率,能增加治療效果。因皮質激素和臭氧的聯合椎旁間隙注射具有消除神經根及側隱窩無菌性炎癥的作用,緩解腰肌的緊張程度,且不影響脊柱的穩定性及小關節正常功能[2]。臨床實踐證實,并未發現明顯并發癥。
本組觀察治療椎間盤突出癥的療效與以下因素有關[3]:①術前正確評估椎間盤突出及椎管狹窄情況;②在嚴格無菌操作以及保障嫻熟操作的前提下;③年齡小(
和其他微創介入治療相比,臭氧聯合糖皮質激素治療椎問盤突出癥風險小,無痛苦,起效迅速,不改變脊柱穩定性、效果好、恢復快,無過敏反應及其他明顯并發癥,適用年齡廣,對高齡患者安全,便于推廣,更適合在基層醫院開展。
參考文獻
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