臭氧处理有色废水：实验八的成果

一、实验目的

（1）了解用臭氧处理水的实验方法和装置；

（2）测定染色废水用臭氧脱色的效果；

（3）简单了解臭氧制备的工艺流程和臭氧发生器的操作方法。

二、实验原理

臭氧是一种强氧化剂，其氧化能力仅次于氟，比氧、氯及离锰酸钾等常用的氧化剂都强。臭氧氧化法在废水处理中主要是使污染物氧化分解，用于降低BOD、COD、脱色、除臭、除味、杀菌、杀藻、除铁、锰、氰、酚等。

臭氧氧化法处理染料废水，主要用来脱色。一般认为染料的颜色是由于染料分子中有不饱和原子团存在，能吸收一部分可见光的缘故。这些不饱和的原子团称为发色基团。重要的发色基团有乙烯基、偶氮基、氧化偶氮基、羧基、硫羧基、硝基、亚硝基等，它们都有不饱和键，臭氧能将不饱和键打开，最后生成有机酸和醛类等分子较小的物质，使之失去显色能力。臭氧氧化烯烃类双键化合物的反应式为：

式中：G——OH、OCH3等基团。

采用臭氧氧化法脱色，能将含活性染料、阳离子染料、酸性染料、直接染料等水溶性染料的废水几乎完全脱色，对不溶于水的分散染料也有良好的脱色效果，但对硫化、还原、涂料等不溶于水的染料脱色效果差。

臭氧容易分解，不能贮存与运输，必须在使用现场制备。臭氧的制备方法有无声放电法、放射法、紫外线法、等离子射流法和电解法等。水处理中常用的是无声放电法。无声放电生产臭氧的原理如图4－18所示。在两平行的高压电极之间隔以一层介电体（又称诱电体，通常是特种玻璃材料）并保持一定的放电间隙。当通入高压交流电后，在放电间隙形成均匀的蓝紫色电晕并放电，空气或氧气通过放电间隙时，氧分子受高能电子激发获得能量，并相互发生弹性碰撞，聚合形成臭氧分子：

图4－18　无声放电法

1—交流电源；2—脉冲电子流；3—电极；4—介电体

从上式的逆反应可知，生成的臭氧会分解为氧原子和氧气。当臭氧发生器的散热不良时，分解更迅速。因此，通过放电区域的氧，只有一部分能生成臭氧。当空气通过放电区域时，生成的臭氧只占总量的0.6%～1.2%（体积比）。因此，产生的臭氧通常含有一定浓度的空气，称为臭氧化空气：

从上式可知，在放电间隙将产生大量热量，会使臭氧加速分解而影响产量。因此，采用适当的冷却措施，及时排出这些热量是提高产量及臭氧浓度，降低电耗的关键。

三、实验装置

实验装置如图4－19所示。

图4－19　臭氧化气体脱色实验装置

四、实验步骤

（1）熟悉实验装置流程，掌握仪器使用方法。

（2）用染料配制一种或多种不同色度的实验用水样。

（3）用泵输送水样到接触反应柱中，调节转子流量计并记录流量（L／h），使水样保持一定的高度。

（4）将臭氧的输出口接到装置上，取样出口接到取样分析装置上。(www.xing528.com)

（5）按臭氧发生器装置的操作说明启动发生器。

（6）用转子流量计控制进入接触反应柱中的臭氧投加量（L／h），待反应柱稳定工作数分钟后，测定进、出水色度，进柱臭氧和尾气臭氧的浓度，注意观察接触反应柱内水样颜色的变化情况。

（7）改变进、出水流量（使接触反应柱的水位保持一定的高度）或原水浓度，测定表4－26所列项目。

表4－26　臭氧处理有色废水实验记录

＊色度按稀释倍数计

（8）实验完毕，按臭氧发生器装置操作要求停机。

五、实验结果与数据处理

接触时间

水样体积

流速

式中：Q——有色水流量，L／min；

　　　H——水柱高度，cm；

　　　d——接触柱内径，cm。

六、注意事项

因本实验的臭氧发生器部分电压高，实验装置又较多，同时要防止臭氧泄漏，因此必须做到：

（1）实验前熟悉实验讲义和实验装置。

（2）通电后不得随意乱动臭氧发生器上的各种开关和旋钮，并注意观察有无漏气现象。

（3）实验过程中，不得擅离岗位，若有异常情况发生，必须立即找辅导实验的老师处理。

思考题

（1）简述臭氧处理印染有色废水的实验工艺流程。

（2）臭氧化气体在水处理上还有哪些用途？

（3）对输送臭氧化气体的管道材料有什么要求？

（4）臭氧氧化能力与其他常见氧化剂氧化能力相比如何？