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臭氧產品


臭氧曝氣裝置
臭氧發生器試驗

一、 實驗目的
臭氧可以氧化廢水中的不飽和有機物，而且還能使芳香烴化合物開環和部分氧化，使一些大分子的有機物降解為小分子，提高廢水的可生化性。臭氧極不穩定，在常溫下分解為氧。
1.了解特性，掌握臭氧濃度測定方法；
2.通過對染色廢水的處理，了解臭氧處理工業廢水的基本過程。
二、 實驗儀器及設備
實驗儀器：臭氧發生器，洗氣瓶，堿式滴定管，量筒，錐形瓶，pH試紙，分光光度計，大燒杯；
實驗試劑：2%的KI溶液，醋酸，0.005mol/L的Na2S2O3 ，1%淀粉溶液，蒸餾水，分散藍溶液
三、實驗原理
臭氧是一種強氧化劑，它的氧化能力在天然元素中僅次于氟。臭氧在污水處理中可用于除臭、脫色、殺菌、消毒、降酚、降解COD、BOD等有機物。
臭氧在水溶液中的強烈氧化作用，不是臭氧本身引起的，而主要是由臭氧在水中分解的中間產物·OH基及HO2基引起的。很多有機物都容易與臭氧發生反應。例如臭氧對水溶性染料、蛋白質、氨基酸、有機氨及不飽和化合物、酚和芳香族衍生物以及雜環化合物、木質素、腐殖質等有機物有強烈的氧化降解作用；還有強烈的殺菌、消毒作用。
臭氧氧化的優點：
1.臭氧能氧化其它化學氧化，生物氧化不易處理的污染物，對除臭、脫色、殺菌、降解有機物和無機物都有顯著效果；
2.污水經處理后污水中剩余的臭氧易分解，不產生二次污染，且能增加水中的溶解氧；
3.制備臭氧利用空氣作原料，操作簡便。
工業上采用高壓(1.5—3萬伏)高頻放電制取臭氧，通常制得的是含1—4%臭氧的混合氣體，稱為臭氧化氣體。
1.臭氧氧化有機物的機理：
1）直接反應機理—臭氧分子直接進攻有機物的反應
（1）打開雙鍵，發生加成反應：借助其偶極結構同有機物的不飽和鍵發生加成反應,形成臭氧化中間產物,并進一步分解。
R1C=CR2+O3 分解為 R1GCOOH+R2C=O       G代表-OH、-OCH3、-OCOCH3
（2）親電反應
（3）親核反應

臭氧分子形式
共振雜化分子(zi)的四(si)種典型形式(shi)
臭氧(yang)分(fen)子(zi)的共振三角形結構表明，它可以作為偶極試(shi)劑、親(qin)電試(shi)劑和親(qin)核試(shi)劑,與(yu)有機物形成三類反應(ying)。
2）間接反應(ying)機理—臭氧分解(jie)形成(cheng)自由基與有(you)機物(wu)的反應(ying)
溶解性臭氧分解形成羥基(ji)自(zi)由基(ji)，HO·通過(guo)不同的反(fan)應(ying)使溶解態(tai)無機物和有機物氧化。
鏈引發-傳(chuan)遞-終止
（1）溶解性(xing)臭(chou)氧(yang)的分解機(ji)理(li)
  HSB (Hoigne, Staehelin和(he)Bader) 機理
  GTF (Gorkon, Tomiyasn和Futomi) 機(ji)理
（2）HO·與溶解態化(hua)合物間的反應
電子轉移反應——從其它物質上抽取(qu)電子, 自身還(huan)原為(wei)OH-；
抽氫反(fan)應 ——從有(you)機(ji)物的不同取代(dai)基上抽取H使(shi)有(you)機(ji)物變為有(you)機(ji)物自由基, 自身(shen)則轉變為H2O；
OH·加成反應(ying) — OH·加成到烯烴或芳香碳氫化(hua)合物雙鍵上.
臭(chou)氧脫色(se)(se)的(de)機(ji)(ji)理是臭(chou)氧及其產生的(de)活(huo)潑自由基(ji)OH·使染料發色(se)(se)基(ji)團中的(de)不飽和鍵（芳香(xiang)基(ji)或共軛(e)雙鍵）斷(duan)裂生成小分子(zi)量的(de)酸和醛，生成了(le)低分子(zi)量的(de)有機(ji)(ji)物(wu)(wu)，從而導致(zhi)水體色(se)(se)度(du)顯著降低。臭(chou)氧對親水性(xing)染料的(de)脫色(se)(se)速度(du)快(kuai)，效果好；對疏水性(xing)染料的(de)脫色(se)(se)速度(du)慢(man)，效果差，且需(xu)臭(chou)氧量大。臭(chou)氧可氧化(hua)鐵(tie)、錳等無機(ji)(ji)有色(se)(se)離子(zi)為難溶物(wu)(wu)臭(chou)氧的(de)微(wei)絮凝(ning)效應還(huan)有助(zhu)于有機(ji)(ji)膠體和顆粒物(wu)(wu)的(de)混凝(ning)，并通過(guo)過(guo)濾去除(chu)致(zhi)色(se)(se)物(wu)(wu)。
2.臭(chou)氧氧化(hua)性能的影響因素－－溶液pH
pH的(de)變(bian)化(hua)將改(gai)變(bian)臭氧氧化(hua)反應的(de)作(zuo)用機理(li)和(he)去除(chu)效果
1）臭氧本身的氧化能力與pH 值有關(guan)
臭(chou)氧(yang)在(zai)(zai)(zai)水(shui)中的(de)(de)分(fen)(fen)(fen)解(jie)(jie)(jie)速度隨(sui)著pH 值的(de)(de)提高(gao)(gao)而加快(kuai) ，在(zai)(zai)(zai)pH<4時，臭(chou)氧(yang)在(zai)(zai)(zai)水(shui)溶液(ye)中的(de)(de)分(fen)(fen)(fen)解(jie)(jie)(jie)可(ke)以(yi)忽略不計，其反(fan)(fan)應主(zhu)要(yao)時溶解(jie)(jie)(jie)臭(chou)氧(yang)分(fen)(fen)(fen)子(zi)同被處理水(shui)溶液(ye)中還原(yuan)性(xing)物質的(de)(de)直接反(fan)(fan)應；在(zai)(zai)(zai)pH>4時，臭(chou)氧(yang)的(de)(de)分(fen)(fen)(fen)解(jie)(jie)(jie)便不可(ke)忽略，在(zai)(zai)(zai)pH更高(gao)(gao)時，則(ze)臭(chou)氧(yang)主(zhu)要(yao)是在(zai)(zai)(zai)OH的(de)(de)催化作用下，經一(yi)系列鏈式反(fan)(fan)應分(fen)(fen)(fen)解(jie)(jie)(jie)成具有高(gao)(gao)反(fan)(fan)應活(huo)性(xing)的(de)(de)自由基(ji)而對(dui)還原(yuan)性(xing)物質進(jin)行非選擇性(xing)氧(yang)化降解(jie)(jie)(jie)。 如果pH值提高(gao)(gao)一(yi)個(ge)單位臭(chou)氧(yang)分(fen)(fen)(fen)解(jie)(jie)(jie)大(da)約快(kuai)3倍。
2）污水中有(you)機物(wu)(wu)或無(wu)機物(wu)(wu)的物(wu)(wu)理化學性質與pH值(zhi)有(you)密(mi)切關系
3）臭氧吸(xi)收率與pH值(zhi)有一(yi)定(ding)關系
pH 值在(zai)整個(ge)臭氧(yang)氧(yang)化(hua)過(guo)程中的變化(hua)，主要是在(zai)中性(xing)(xing)或(huo)堿性(xing)(xing)條件下pH值會隨著氧(yang)化(hua)過(guo)程而呈(cheng)下降趨勢，其原因是有機(ji)物氧(yang)化(hua)成小分子(zi)有機(ji)酸或(huo)醛之類物質。堿性(xing)(xing)條件下的污染物去除率高于酸性(xing)(xing)條件
3.臭氧氧化(hua)性能(neng)的影響因(yin)素－－溶液溫(wen)度
提(ti)高(gao)反(fan)應(ying)(ying)(ying)溶液溫(wen)度(du)(du)(du)將(jiang)使(shi)反(fan)應(ying)(ying)(ying)的(de)(de)(de)活化能降(jiang)(jiang)(jiang)低，有利于(yu)提(ti)高(gao)化學反(fan)應(ying)(ying)(ying)速(su)(su)(su)(su)率(lv)。但(dan)是(shi)，隨溫(wen)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)升高(gao)，臭氧其(qi)分解將(jiang)加速(su)(su)(su)(su)，溶解度(du)(du)(du)降(jiang)(jiang)(jiang)低，從而降(jiang)(jiang)(jiang)低了液相(xiang)中(zhong)臭氧的(de)(de)(de)濃度(du)(du)(du)，減緩化學反(fan)應(ying)(ying)(ying)速(su)(su)(su)(su)度(du)(du)(du)。同時，由(you)于(yu)臭氧氧化有機(ji)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)反(fan)應(ying)(ying)(ying)是(shi)一個連串反(fan)應(ying)(ying)(ying)，在降(jiang)(jiang)(jiang)解有機(ji)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)同時也要對(dui)其(qi)氧化中(zhong)間(jian)產物(wu)(wu)進行深(shen)度(du)(du)(du)氧化，消(xiao)耗液相(xiang)中(zhong)的(de)(de)(de)臭氧，減緩目標(biao)有機(ji)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)降(jiang)(jiang)(jiang)解速(su)(su)(su)(su)率(lv)。為與工業實(shi)際廢(fei)水相(xiang)接近，實(shi)驗選(xuan)擇溫(wen)度(du)(du)(du)范(fan)圍為3～30度(du)(du)(du)。
4.臭氧氧化性能的影響因素－－催化劑
堿催(cui)化(hua)臭氧氧化(hua)：如O3/H2O2，它們是通過OH-來催化產生·OH而對有機物進行(xing)降(jiang)解；光催化臭(chou)氧(yang)氧(yang)化：如O3/UV、O3/H2O2/UV，這(zhe)里要(yao)注意UV是一定波長的；多相催化臭氧氧化：如O3/固體催化(hua)劑(ji)（如活性炭(tan)、金屬及其氧(yang)化(hua)物，中(zhong)國煤(mei)科院(yuan)和北京同林共同開發(fa)的(de)二氧(yang)化(hua)錳復(fu)合氧(yang)化(hua)物，有很好的(de)催化(hua)作用，效率可以(yi)提高(gao)1.5倍）。
5.臭氧技術在(zai)(zai)應用(yong)中存在(zai)(zai)的(de)問題(ti)
低(di)濃(nong)度臭(chou)(chou)(chou)氧(yang)(yang)處理有(you)機物時(shi)不能將(jiang)其(qi)完全氧(yang)(yang)化為二氧(yang)(yang)化碳和水，而是生成一(yi)系列中間產(chan)物，如醛、羧(suo)酸等；臭(chou)(chou)(chou)氧(yang)(yang)溶解度低(di)，限制(zhi)了臭(chou)(chou)(chou)氧(yang)(yang)在(zai)水處理中的應用(yong)。臭(chou)(chou)(chou)氧(yang)(yang)生產(chan)中對進入(ru)發生器的空(kong)氣(qi)質(zhi)量要求(qiu)高，且臭(chou)(chou)(chou)氧(yang)(yang)有(you)腐(fu)蝕(shi)性，要求(qiu)設備和管路使用(yong)耐(nai)腐(fu)蝕(shi)材料或作防(fang)腐(fu)處理；臭(chou)(chou)(chou)氧(yang)(yang)極不穩定(ding) 重量濃(nong)度為1%以下的臭(chou)(chou)(chou)氧(yang)(yang)在(zai)常溫(常壓)的空(kong)氣(qi)中的半(ban)衰(shuai)(shuai)期為16小時(shi)，水中臭(chou)(chou)(chou)氧(yang)(yang)濃(nong)度為3 mg/L時(shi)，半(ban)衰(shuai)(shuai)期僅(jin)30分鐘左右(you)。
 
實(shi)驗原理思(si)考：
1.廢(fei)水經臭(chou)氧反應后，CODcr是否會升高，為什么？
答：可能會(hui)升高。
1）臭(chou)氧(yang)(yang)的(de)(de)作用(yong)有分解(jie)大分子(zi)基團，把一(yi)些原本無法檢(jian)測的(de)(de)物質(zhi)變(bian)(bian)成(cheng)(cheng)顯(xian)性的(de)(de)。所以如果在作用(yong)的(de)(de)初期即(ji)臭(chou)氧(yang)(yang)投加(jia)(jia)量較小的(de)(de)時(shi)候，或是(shi)臭(chou)氧(yang)(yang)在臭(chou)氧(yang)(yang)接觸(chu)池內傳質(zhi)效(xiao)(xiao)率低，或是(shi)停留時(shi)間不足，都有可能(neng)影響到COD的(de)(de)降(jiang)(jiang)解(jie)效(xiao)(xiao)果，使得原來比較穩定難降(jiang)(jiang)解(jie)大分子(zi)物質(zhi)（不顯(xian)COD）變(bian)(bian)成(cheng)(cheng)易降(jiang)(jiang)解(jie)的(de)(de)小分子(zi)物質(zhi)（顯(xian)COD）。這樣就(jiu)會(hui)出現CODcr升高的(de)(de)情況。這個(ge)現象在很多學校試驗(yan)中被證實。總有學生很惶(huang)恐的(de)(de)說(shuo)：你的(de)(de)臭(chou)氧(yang)(yang)發生器給我的(de)(de)廢水投加(jia)(jia)了COD！
2）實驗設備引起(qi)，如(ru)：乳膠管(guan)插在水中就可被氧(yang)化使的CODcr升(sheng)高。為了避免此類現象的發生，需(xu)采用(yong)耐氧(yang)化硅膠管(guan)或(huo)者(zhe)不(bu)銹鋼管(guan)進行試驗。
2、有些廢水(shui)在使用臭氧處理的時(shi)候，會出現大(da)量泡沫，怎么(me)處理？
答(da)：有(you)些廢水(shui)會含有(you)發(fa)泡劑類(lei)物質，此(ci)類(lei)試驗需要(yao)用三氯(lv)(lv)化鐵、硫酸鋁或者聚(ju)合氯(lv)(lv)化鋁等做(zuo)下(xia)混凝(ning)預處理，再進行(xing)臭氧處理。
四、實驗步驟
1.臭(chou)氧濃度的測(ce)定：
用(yong)量筒(tong)取250ml 的(de)2%的(de)KI溶液(ye)加入氣體(ti)吸收瓶，然后通(tong)入臭氧 90s，取100ml反應(ying)液(ye)于錐形瓶中，用(yong)醋(cu)酸酸化(hua)至pH=4，用(yong)0.005mol/L的(de)Na2S2O3滴(di)至(zhi)淡黃(huang)色(se)，加入1%淀(dian)粉(fen)溶液，繼續滴(di)定至(zhi)無色(se)，記錄滴(di)定消耗Na2S2O3的體積。
2.臭氧脫色(se)效率的測(ce)定：
（1）取兩個(ge)氣體(ti)吸收瓶(ping)，分別裝(zhuang)入250ml直接(jie)藍(lan)溶液(ye)和(he)2%的KI溶液(ye)，用膠(jiao)管連接(jie)通臭氧 45s。
（2）取分(fen)散(san)藍溶液反應液在(zai)最大吸(xi)收波(bo)長580nm下(xia)測吸(xi)光度，計(ji)算臭(chou)氧的溢出量，求臭(chou)氧的脫色效率(lv)和吸(xi)收率(lv)。
（3） 取反(fan)應后(hou)KI溶液100ml于錐形瓶中，用(yong)(yong)醋酸(suan)酸(suan)化(hua)至(zhi)pH=4，用(yong)(yong)0.005mol/L的Na2S2O3滴至淡黃色(se)，加(jia)入1%淀(dian)粉溶液，繼(ji)續滴定(ding)至無色(se)，記(ji)錄(lu)滴定(ding)消耗Na2S2O3的體積。
（4）調解原水的pH為3和(he)10，重(zhong)復（1）（2）（3）。
測定臭氧在(zai)水中的濃度，采用碘(dian)量法
臭氧先用KI溶液吸收，生成I2用Na2S2O3標準(zhun)溶液滴定
O3+2KI+H2O===O2+I2+2KOH
I2+2Na2S2O3===Na2S4O6+2NaI
測定方(fang)法：
1、臭氧吸收(shou)：取250mL 2%KI溶液于吸收(shou)瓶中，通入臭氧化氣1.5min。
2、取吸收臭(chou)氧的KI溶液(ye)(ye)(2%)溶液(ye)(ye)100ml于錐(zhui)形(xing)瓶中，用冰(bing)醋酸(suan)酸(suan)化調pH=4用0.005mol/LNa2S2O3標準溶液滴定(ding)至淡黃色時(shi)，再加(jia)入1%淀粉指示(shi)劑，此時(shi)溶液為(wei)藍色，再迅速滴定(ding)至藍色消失為(wei)終點。
注意：對于不(bu)同pH值得有色溶(rong)液，要注意溶(rong)液臭氧吸收(shou)量與脫色率之(zhi)間(jian)的聯系(xi)。
經典成功案(an)例
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