臭氧微纳米气泡技术在水处理中的应用
 

近年来， 由于臭氧传统曝气方式下臭氧传质效率和氧化效率较低， 运行成本较高， 且臭氧对有机物的氧化具有选择性， 无法氧化分解一些难降解有机物等问题， 限制了臭氧技术在水处理领域的进一步推广应用。微纳米气泡具有停留时间长、传质效率高、产生羟基自由基等优势， 能够强化臭氧传质效率和氧化效率， 提升臭氧对难降解有机物的去除效果。目前， 臭氧微纳米气泡技术在难降解有机物处理以及污泥减量等方向展现出良好的应用前景。

1.难降解工业废水处理

近年来,由于臭氧微纳米气泡技术可以显著强化难降解有机物去除效果、有效提升废水的可生化性为后续的生物处理工艺减轻负荷,臭氧微纳米气泡技术在难降解工业废水处理领域中表现出潜在的应用优势,逐渐受到广泛关注。张静等采用臭氧微气泡氧化处理酸性大红3R废水,发现微气泡能够强化臭氧气液传质,相同条件下微气泡臭氧传质系数为传统气泡的3.6倍，臭氧分解系数为传统气泡的6.2倍,有利于羟基自由基产生,可大幅提升酸性大红3R氧化降解速率和矿化效率,分别为传统气泡的1.6倍和2倍。同时,利用臭氧微气泡可以提高臭氧利用率，系统平均臭氧利用率达到97. 8%,比传统气泡提高28. 5%。

 

Liu 等分别采用臭氧、空气和纯氧三种微气泡气浮工艺处理焦化废水，发现臭氧微气泡能激发产生更多羟基自由基,对废水中有机污染物氧化效率高。相对于空气微气泡和纯氧微气泡,臭氧微气泡表现出更高的界面动电势,可提高气浮的效率，从而可提高臭氧微气泡气浮工艺对污染物的去除效果，其对吡啶的去除率分别是空气微气泡和纯氧微气泡的4.5倍和1.7倍，对苯的去除率分别是3. 6倍和1.5倍。Chu 等对比分析了臭氧微纳米气泡和普通气泡对印染废水的处理效果，发现采用臭氧微纳米气泡技术去除的TOC为普通气泡的1.3倍，矿化效果显著提升。

 

2.污泥减量

由于臭氧氧化性强、污泥破璧溶胞效果好等特点,污泥臭氧氧化减量技术在20世纪90年代即开始应用于工业和市政污水处理厂。但臭氧处理污泥过程中存在臭氧氧化效率和利用率低、传质效果差等问题,处理成本居高不下,从而限制了该技术在污泥减量领域的发展与应用。

近年来,为了提高臭氧的传质与氧化效率,王裕祥等采用臭氧微纳米气泡技术进行污泥减量及碳源释放研究,与传统臭氧技术相比，臭氧微纳米气泡技术可以大幅提升臭氧对污泥的处理效率,强化污泥碳源释放效果。在臭氧投加量为200 mg O3/(g SS)时,臭氧微纳米气泡处理的污泥ASCOD达到1964 mg/L,为传统臭氧技术处理后的2.1倍,化学需氧量溶出率由18. 1% .上升至41.5%。Chu等利用臭氧微气泡技术处理污泥发现,臭氧微气泡技术可以提高臭氧利用率,微气泡曝气在接触时间为80min的条件下,其臭氧利用率(>99% )远高于传统曝气(72%)。在相同臭.氧投加量的条件下,臭氧微气泡相比传统臭氧曝气可从污泥中多释放出8倍的TP、2倍的COD和TN,即能大幅提升污泥的溶胞效率。

 

3.地下水原位修复

地下水是我国重要的水资源之--,近年来由于水污染严重,高效的地下水原位修复技术亟待开发。研究发现,臭氧微纳米气泡由于传质能力强、传质速率快、存在时间长,可随水流影响更大的范围，显著地提高了地下水中气体浓度并能提供持续气体供应，能弥补现有的原位修复技术的局限性(传统的地下水曝气法影响范围较小，对于微生物的促进作用较小)。因此,臭氧微纳米气泡技术在地下水修复方面具有良好的应用前景。夏志然等对比分析了臭氧微纳米气泡与毫米级气泡在地下水体内的溶解传质过程,发现微纳米气泡条件下溶解臭氧浓度的.上升速率、溶解臭氧浓度及停留时间分别可达到毫米级气泡条件下的4倍、5.1倍和10倍,同时微纳米气泡能够显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.杀菌消毒

臭氧由于具有强氧化性,可以达到杀菌彻底、无残留、杀菌广谱、消毒效果好等效果,广泛应用于饮用水及医疗卫生机构空气消毒，是公认的高效消毒剂。研究表明,微纳米气泡技术可提高杀菌效果,降低臭氧投加量。采用臭氧微气泡技术灭活枯草芽孢杆菌，发现在低浓度臭氧投加条件下,臭氧微气泡对枯草芽孢杆菌可达到很好的灭活效果。大屋奈绪子利用纳米级臭氧气泡对诺如病毒进行灭活,发现经臭氧纳米气泡处理后,诺如病毒灭活效果好，无需再利用氯气等进行杀菌,可使处理后的食品味道更好。