当臭氧仅作为絮凝剂或消毒剂或避免形成消毒副产物时，减 小剂量（0.4 ~ 0.8 mg/mgDOC）
臭氧的使用方式
一般使用含 2 ~ 6 v/v %臭氧的空气或氧气进行气液交换 。
2.6 臭氧在环境领域中的应用
图 臭氧工艺流程
2.6.1 臭氧在饮用水处理中的作用
去除锰和铁 天然水体中都不同程度地含有铁和锰，它们以可
溶性的还原态存在，饮用水中含有一定量的铁和锰虽
然对人体并无危害，但超过一定值时会使水产生异味 和颜色，增加水垢，甚至堵塞水管和用水设备，因此
应该控制饮用水中铁和锰的浓度。
2.6.1 臭氧在饮用水处理中的作用
去除锰和铁
铁和锰与O3的反应可用下面的反应式表示：
O3 O2
2Fe2+
O3 O2
2Fe3+ Mn4+
2.6.1 臭氧在饮用水处理中的作用
控制嗅和味
臭氧去除嗅和味的效果与嗅味的来源及引起嗅味的物质结 构有关。
对有机体的生命活动引起的嗅味，臭氧的去除效果良好，一 般投量1 ~ 3 mg O3/L，接触时间15 min。投加臭氧还可以避免因 加氯产生的氯酚异味。 对于含有大量有机物的水，臭氧的除嗅效果不稳定并且同处 理条件有关，如果此时不加大O3投量，往往导致生成醛类有机 物，使水具有水果味。 为保证出水水质和控制出水嗅味，可以采用O3/UV、O3/H2O2 联合氧化法以及O3/吸附过滤（砂滤或GAC过滤）联用法。
2.6.1 臭氧在饮用水处理中的作用
颗粒的去除
臭氧的助絮凝作用是用微孔筛滤去大颗粒后，投加臭氧或 同时加入絮凝剂，则形成了一些新的颗粒，它们很容易通过 过滤除去。 臭氧的助絮凝作用通过以下方式体现：①使小颗粒变成大 颗粒；②使溶解性的有机物形成胶体粒子；③在后续的沉淀、 浮选或过滤时提高TOC或浊度的去除率；④减少去除浊度或 TOC所需的絮凝剂用量；⑤加快絮凝沉降速度。
2.6 臭氧在环境领域中的应用
2.6 臭氧在环境领域中的应用
臭氧应用按用途分为水处理、化学氧化、食品
加工保鲜和医疗四个领域。
臭氧化处理的主要效果：
氧化；
Mn(II)，Fe(II) (存在于还原性地下水中)；酚、氯酚、苯胺、烯 烃等；氰化物；形成色度和味的物质；溴离子等
消毒； 提高随后的沉淀、絮凝-过滤和气浮过程的效果； 提高溶解性有机物在随后的微生物过程中的生物降解性。
图2.2 压力对臭氧溶解度的影响 1—1 g O3/m3空气； 2—5 g O3/m3 空气；3—10 g O3/m3空气；4—15 g O3/m3空气
2.2.1 溶解度
表2-2 臭氧在水中的溶解度与温度的关系
温度/ ℃
0 10 20 30 40 50 60
溶解度 / (g/L)
1.13 0.78 0.57 0.41 0.28 0.19 0.16
2.6 臭氧在环境领域中的应用
典型的臭氧使用剂量
当原水水质较好时，传统饮用水生产为1 ~ 3 mg/L；推荐值为 每 mg/L DOC采用1 ~ 2 mg/L臭氧；臭氧处理泳池循环水的投加 量为0.4 g/m3 ~ 1 g/m3（臭氧的ppm为摩尔比，如在空气中1 ppm 为2 mg/m3；水中1 ppm则为48/18 mg/L）。
2.2 臭氧的基本性质
表2-1 臭氧的主要物理性质 熔点/℃ -192.7
沸点/℃
临 界 状 态 温度/℃ 压力/Mpa
-111.9
-12.1 5.46
体积/(cm3/mol)
密度/ (g/cm3) 气态(0℃，0.1 Mpa)/ (g/L) 液态(90 K)/ (g/cm3) 固态(77.4 K)/ (g/cm3)
2.2.3 氧化性
O3是一种强氧化剂，其氧化还原电位Eo与pH有关：
在酸性溶液中：Eo=2.07 V，
在碱性溶液中：Eo=1.24 V， 氧化能力略低于氯（Eo=1.36 V） O3在水中发生的主要半反应如下式： O3 + 2H+ + 2e- → O2 + H2O O3 + H2O + e- → O2 + 2OH-
臭氧是强氧化剂，可以致死藻类或限制它们的生长，对 于动物性浮游生物的灭活效果好。研究表明，浮游动物只有 灭活后才能易于去除，因此臭氧氧化可以提高后续絮凝、过 滤对藻类的去除效果，减少絮凝剂用量。 臭氧浮选法将臭氧的氧化性应用于浮选过程中，该装置 占地面积小，可以采用简单的臭氧浮选-双介质过滤方式处 理高浊度和藻类过度繁殖的水。
臭氧气体穿过气、水间界面向水中传递是一个动态平 衡过程，臭氧气体向水中的传递能力主要与气液两相中
的传递系数、气水接触面积以及气液间的浓度差有关。
2.2.2 分解
通常O3不稳定，在常压下容易自行分解为O2并放出热量。 2O3 → 3O2 + △H △H = 284 kJ/mol
MnO2、PbO2、Pt、C等催化剂的存在或紫外线辐照都会加速O3的分 解。O3在空气中的分解速度与O3浓度和温度有关。当浓度低于1%时， 其分解速度如图2.3所示。
pH对臭氧的反应具有重要影响
2.2.3 氧化性
O3杀菌力强、反应速度快，能杀灭氯所不能杀灭的病 毒和芽孢，而且出水无异味，但投量不足时也可能产生 对人体有害的中间产物。 O3的强氧化性，是因为分子中的氧原子具有强烈的亲 电子或亲质子性，O3分解产生的新生态氧原子也具有很 高的氧化活性。 除铂、金、铱、氟外，O3几乎可与所有元素反应: (1)与K、Na反应生成氧化物或过氧化物； (2)可将过渡金属氧化到较高或最高氧化态，形成难溶氧 化物。利用此性质把污水中Fe2+、Mn2+、Pb2+、Ag+、 Cd2+、 Hg2+、Ni2+等重金属离子除去。
去除色度往往是包括臭氧化反应在内的几个步骤组成的一 个处理序列完成的。例如先臭氧化然后用活性炭过滤，由臭氧 化步骤（臭氧剂量8 ~ 13 mg/L）去除20 ~ 60%色度，经活性炭 过滤后，脱色效果可以达到90 ~ 95%。
2.6.1 臭氧在饮用水处理中的作用
控制嗅和味
使饮用水产生嗅和味的化合物的来源：
2.2 臭氧的基本性质
2.2 臭氧的基本性质
O3是氧同素异形体，分子量47.998。
O3自然界广泛存在，浓度差别很大。地球高空15~25km，太 阳紫外辐射形成臭氧层，是阻挡太阳紫外线天然屏障；雷雨闪 电(高压放电)电离空气中氧气提高了O3浓度(0.04ppm左右)；森林 植物吸收CO2产生[O]， [O]部分形成O2和O3。自然界中臭氧和紫 外线控制着细菌生存平衡，保护着人类健康。 常温常压下，低浓度O3无色气体；浓度达到15%，淡紫色、 有鱼腥味，沸点-112.5℃，密度2.144 kg/m3，约为氧1.6 倍。
147.1
0.437
密 度
2.144
1.571 1.728
介电常数(液态，90.2 K)/ (F/m) 摩尔生成热/ (KJ/mol)
4.79
-144
2.2.1 溶解度
O3在水中的溶解度比纯氧 高10倍，比空气高25倍，温 度、气压、气体中的纯臭氧 浓度以及水中污染物质的性 质和含量是影响臭氧在水中 溶解度的主要因素。 常压下，20℃时O3在水中 的浓度与在气相中的平衡浓 度之比为0.285。
2.6.1 臭氧在饮用水处理中的作用
消毒
目前臭氧仍是最有效的消毒剂。臭氧对细菌的灭活能 力很强，病毒对臭氧的抵抗力通常比细菌强，寄生虫菌的 抗臭氧能力超过病毒，臭氧消毒的平均剂量为1 mg/L （0.5 ~ 2.0 mg/L）时，对滤过性病毒灭活非常有效，臭氧 剂量达到2 mg/L时可以保证将饰贝科软体动物幼虫及水生 生物如水蚤、轮虫等杀死。
成了臭氧消毒的自来水厂 ；陆续发现臭氧具有除嗅、味、
除色度和氧化铁、锰的能力。
2.1 臭氧氧化技术发展的历史
20世纪60年代初期，将臭氧应用于水处理处理流程的前段， 提出了“预臭氧化”的概念 ； 20世纪60年代中期，臭氧的助絮凝作用被发现； 1973年，成立了国际性组织—国际臭氧协会（IOA）； 20世纪70年代后期，臭氧被用于控制水中藻类的生长； 20世纪80年代末~90年代初，高效臭氧发生技术—高频高压 电晕法被实际应用，臭氧技术应用及产业规模迅速发展。
应用臭氧的助絮凝作用可以促进那些可絮凝物质的去除， 从而节省絮凝剂、污泥处理及污泥处置的费用。
2.6.1 臭氧在饮用水处理中的作用
藻类的去除
水源水中大量存在包括藻类在内的浮游生物，干扰污水 处理效果，也是饮用水嗅味的来源之一。另外它们存在于供 水网线内，可能导致其它微生物的生成，恶化饮用水水质， 因此必须预以去除。
①原水中存在的，如铁(Ⅱ)、水中微生物水草和藻类的代 谢物、有机物腐烂分解的产物；
②水处理的副产物，原水中存在的化合物在处理过程中转 化成产生嗅味的物质，这些变化主要由氯化过程引起，某 些化合物的氯化产物也可能形成嗅味并产生二次污染； ③供水系统中形成的化合物，如供水管网内微有机体生长 释放的嗅味化合物，残余氧化剂与处理水中有机物的反应 产物，供水材料溶出物的味道等。
2.6.1 臭氧在饮用水处理中的作用
去除合成有机化合物
水源水中含有的有机物在 原水中的含量很少，其中与人 类活动有关的一部分，被称作 有机微污染物，同饮用水水质 及人类健康密切相关。通过臭 氧化反应可以降解多种有机微 污染物，其中包括脂肪烃及其 卤代物、芳香族化合物、酚类 物质、有机胺化合物、染料和 有机农药等。 臭氧对这些有机微污染物 的去除情况与有机物的结构及 O3投量有关。一些物质经臭氧 氧化后生成了分子量更小的降 解产物，因此原水TOC的变化 并不明显，但这些降解产物的 极性更强，处理水的可生化性 得到了改善，很容易在后续处 理中得到去除。例如在臭氧化 后，用活性炭(GAC)过滤，可以 同时达到去除铁、锰和微污染 有机物的目的。