臭氧发生器设备在水处理领域的应用

引言

随着工业化和城市化进程的加速，水资源污染问题日益严峻，对水质安全和处理技术提出了更高要求。传统水处理方法在应对复杂污染物、保障水质安全方面逐渐显现局限性。臭氧作为一种强氧化性的绿色消毒剂和氧化剂，具有反应速度快、消毒杀菌能力强、无二次污染等显著优势，在水处理领域的应用受到广泛关注。臭氧发生器设备作为产生臭氧的核心装置，其性能和应用效果直接影响水处理的质量和效率。深入研究臭氧发生器设备在水处理领域的应用，不仅有助于提升水处理技术水平，保障饮用水安全和水环境质量，还对推动水资源的可持续利用和生态环境保护具有重要意义。

一、臭氧的产生原理

（一）介质阻挡放电法

介质阻挡放电法是利用高压放电原理，电离氧气或空气产生高浓度臭氧，即将高压交流电加在中间隔有绝缘体并有一定间隙的高压电极上，让经过干燥净化的空气或氧气通过，当高压交流电达到几千伏时，产生蓝色电晕，电晕中的自由高能电子将氧分子离解为氧原子，氧原子迅速与氧分子反应生成臭氧分子。

介质阻挡放电法是目前工业最常用的臭氧产生法，介质和放电间隙决定了臭氧产生的浓度，设备采用特种玻璃介质和微间隙放电结构，在低电压下即可产生非常强烈的介质阻挡放电，放电产生的大量高能电子在放电空间内引起一系列的化学反应，产生臭氧，从而保证了较高的臭氧浓度和臭氧产率。

（二）紫外线照射法

紫外线照射法产生臭氧的原理是基于紫外线光子的能量作用。紫外线灯管能够发出特定波长的紫外线，当波长在 185nm 左右的紫外线照射氧气时，具有足够能量的紫外线光子可以破坏氧分子中的化学键，使氧分子分解为氧原子。这些氧原子很不稳定，极易与周围的氧分子结合，从而生成臭氧分子。与介质阻挡放电法相比，紫外线照射法产生臭氧的过程较为简单，设备结构也相对紧凑。然而，由于紫外线灯管的功率有限，其产生的臭氧量较少，通常仅适用于小型水处理系统或对臭氧需求量较小的特定场景，如家庭饮用水消毒、小型实验室用水处理等。

（三）电解法

电解法产生臭氧是利用电化学原理，以水为原料，在电解槽中通过电极反应生成臭氧。在电解过程中，阳极发生氧化反应，水分子在阳极表面失去电子，发生分解，产生氧气和臭氧。电解法产生的臭氧纯度较高，几乎不含有其他杂质气体，而且可以通过调节电解电流和电压等参数，精确控制臭氧的产量。但是，电解法臭氧发生器的能耗较高，设备成本也相对较大，目前在大规模水处理应用中受到一定限制，主要应用于对臭氧纯度要求极高的特殊场合，如医疗用水处理、高纯度实验用水处理等。

二、臭氧发生器设备在污水处理中的应用

（一）去除有机物

污水中的碳水化合物、蛋白质等有机污染物，不仅消耗溶解氧，还可能有毒致癌。臭氧凭借强氧化性，可与大部分有机物反应，将其分解为无害或低害物质，通过破坏碳 - 碳双键、苯环结构等，提升污水后续生物处理可行性。以印染废水处理为例，臭氧预处理后，COD 去除率达 30%-50% ，色度去除率高达80%-90%。臭氧去除有机物的效果受投加量、反应时间、pH 值和温度等因素影响，投加量并非越高越好，过量会增加成本；碱性条件下，臭氧分解产生羟基自由基，能增强氧化能力。

（二）去除氨氮

氨氮是污水中的常见污染物，过量会使水体富营养化，破坏生态平衡。臭氧可将其氧化为氮气、一氧化氮、二氧化氮等气体实现去除。反应先生成羟胺（ (NH₂0H) ），再进一步氧化为氮气等。实际污水处理中，合理控制臭氧投加量和反应时间，能降低氨氮含量。如处理生活污水，臭氧投加量 5-8mg/L，反应20-30 分钟，氨氮去除率可达 70%-80% ，有效改善污水水质。

（三）消毒杀菌

污水中存在大量致病微生物，如细菌、病毒、寄生虫卵等，直接排放威胁环境和人体健康。臭氧消毒杀菌能力强，能迅速破坏微生物的细胞膜、细胞壁及酶系统，使其失活。与氯消毒相比，臭氧消毒杀菌速度快、效果好，且无有害副产物。研究表明，臭氧短时间内对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等常见细菌的灭活率超 99% ，对病毒灭活效果也显著，是高效的污水消毒手段。

三、臭氧发生器设备在废水处理中的应用

（一）工业废水处理

工业废水成分复杂，含重金属、难降解有机物等，处理难度高，臭氧发生器设备作用突出。处理含重金属离子废水时，臭氧能把重金属氧化为高价态，生成难溶性氢氧化物沉淀去除。如处理含锰废水，臭氧将二价锰离子氧化为四价生成二氧化锰沉淀，经固液分离让锰离子达标排放。处理制药、化工等含难降解有机物废水时，臭氧可破坏有机物结构，提高可生化性，还能直接降解部分有机物，联合生物处理制药废水，COD 去除率超 80% 。

（二）农业废水处理

农业废水主要来源于农田排水、畜禽养殖废水等，含有大量的氮、磷、有机物和病原体等污染物。臭氧发生器设备应用于农业废水处理，能够有效去除其中的有机污染物和病原体。在处理畜禽养殖废水时，臭氧可以分解废水中的蛋白质、脂肪等有机物，降低废水的 COD 和氨氮含量，同时杀灭废水中的致病微生物，减少对周边环境和水体的污染。

四、臭氧发生器设备在自来水处理中的应用

（一）消毒杀菌

自来水的消毒是保障饮用水安全的关键环节。臭氧作为一种高效的消毒剂，在自来水消毒中具有独特优势。臭氧能够快速灭活水中的细菌、病毒、藻类等微生物，消毒效果不受水中氨氮含量的影响，且不会产生像氯消毒那样的有机卤代物等有害副产物。在实际应用中，臭氧消毒通常作为自来水处理的最后一道工序，在水厂的清水池中投加适量的臭氧，经过一定的接触时间后，能够有效杀灭水中的致病微生物，确保自来水的微生物安全性。

（二）去除异味和色度

原水中可能由于藻类繁殖、有机物污染等原因产生异味和色度，影响饮用水的感官质量。臭氧具有很强的氧化能力，能够氧化分解水中的致臭物质和有色物质，如藻类分泌物、腐殖质等，从而有效去除自来水的异味和色度，改善饮用水的口感和外观。在一些受藻类污染严重的水源处理中，臭氧预处理结合后续的常规处理工艺，可以显著降低水中的藻类含量和色度，使自来水达到良好的感官指标。

（三）助凝作用

在自来水混凝沉淀过程中，臭氧具有一定的助凝作用。臭氧可以氧化水中的有机物，使其分子结构发生改变，增加有机物的亲水性，从而降低有机物对混凝剂的干扰，提高混凝效果。同时，臭氧分解产生的羟基自由基能够促进混凝剂的水解和聚合反应，使混凝剂形成的絮凝体更大、更密实，有利于沉淀分离。

结束语

综上所述，臭氧发生器设备因臭氧强氧化性与高效消毒能力，在水处理领域前景广阔，处理效果显著。不同臭氧产生原理适配多样水处理场景，在污水、废水及自来水处理中均优势突出。未来，随着技术创新，臭氧发生器设备将在保障水资源安全、提升水质等方面发挥更大效能。

参考文献：

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