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實驗方案
標(biāo)準(zhǔn)臭氧方案
來源: italiansesso.com 發(fā)布時間:2023-11-30 瀏覽次數(shù):


臭氧曝氣裝置
臭氧發(fā)生器試驗

一、 實驗?zāi)康?/strong>
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(huán)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(wěn)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(yè)廢水的基本過程。
二、 實驗儀器及設(shè)備
實驗儀器:臭氧發(fā)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(chǎn)物·OH基及HO2基引起的。很多有機物都容易與臭氧發(fā)生反應(yīng)。例如臭氧對水溶性染料、蛋白質(zhì)、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(huán)化合物、木質(zhì)素、腐殖質(zhì)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(yōu)點:
1.臭氧能氧化其它化學(xué)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(jīng)處理后污水中剩余的臭氧易分解,不產(chǎn)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(yè)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(yīng)機理—臭氧分子直接進攻有機物的反應(yīng)
(1)打開雙鍵,發(fā)生加成反應(yīng):借助其偶極結(jié)構(gòu)同有機物的不飽和鍵發(fā)生加成反應(yīng),形成臭氧化中間產(chǎn)物,并進一步分解。
R1C=CR2+O分解為 R1GCOOH+R2C=O       G代表-OH、-OCH3、-OCOCH3
(2)親電反應(yīng)
(3)親核反應(yīng)

臭氧分子形式
共振雜化分子的四種典型形式
臭氧分子的共振三角形結(jié)構(gòu)表明,它可以作為偶極試劑、親電試劑和親核試劑,與有機物形成三類反應(yīng)。
2)間接反應(yīng)機理—臭氧分解形成自由基與有機物的反應(yīng)
溶解性臭氧分解形成羥基自由基,HO·通過不同的反應(yīng)使溶解態(tài)無機物和有機物氧化。
鏈引發(fā)-傳遞-終止
(1)溶解性臭氧的分解機理
  HSB (Hoigne, Staehelin和Bader) 機理
  GTF (Gorkon, Tomiyasn和Futomi) 機理
(2)HO·與溶解態(tài)化合物間的反應(yīng)
電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)——從其它物質(zhì)上抽取電子, 自身還原為OH-
抽氫反應(yīng) ——從有機物的不同取代基上抽取H使有機物變?yōu)橛袡C物自由基, 自身則轉(zhuǎn)變?yōu)镠2O;
OH·加成反應(yīng) — OH·加成到烯烴或芳香碳氫化合物雙鍵上.
臭氧脫色的機理是臭氧及其產(chǎn)生的活潑自由基OH·使染料發(fā)色基團中的不飽和鍵(芳香基或共軛雙鍵)斷裂生成小分子量的酸和醛,生成了低分子量的有機物,從而導(dǎo)致水體色度顯著降低。臭氧對親水性染料的脫色速度快,效果好;對疏水性染料的脫色速度慢,效果差,且需臭氧量大。臭氧可氧化鐵、錳等無機有色離子為難溶物臭氧的微絮凝效應(yīng)還有助于有機膠體和顆粒物的混凝,并通過過濾去除致色物。
2.臭氧氧化性能的影響因素--溶液pH
pH的變化將改變臭氧氧化反應(yīng)的作用機理和去除效果
1)臭氧本身的氧化能力與pH 值有關(guān)
臭氧在水中的分解速度隨著pH 值的提高而加快 ,在pH<4時,臭氧在水溶液中的分解可以忽略不計,其反應(yīng)主要時溶解臭氧分子同被處理水溶液中還原性物質(zhì)的直接反應(yīng);在pH>4時,臭氧的分解便不可忽略,在pH更高時,則臭氧主要是在OH的催化作用下,經(jīng)一系列鏈?zhǔn)椒磻?yīng)分解成具有高反應(yīng)活性的自由基而對還原性物質(zhì)進行非選擇性氧化降解。 如果pH值提高一個單位臭氧分解大約快3倍。
2)污水中有機物或無機物的物理化學(xué)性質(zhì)與pH值有密切關(guān)系
3)臭氧吸收率與pH值有一定關(guān)系
pH 值在整個臭氧氧化過程中的變化,主要是在中性或堿性條件下pH值會隨著氧化過程而呈下降趨勢,其原因是有機物氧化成小分子有機酸或醛之類物質(zhì)。堿性條件下的污染物去除率高于酸性條件
3.臭氧氧化性能的影響因素--溶液溫度
提高反應(yīng)溶液溫度將使反應(yīng)的活化能降低,有利于提高化學(xué)反應(yīng)速率。但是,隨溫度的升高,臭氧其分解將加速,溶解度降低,從而降低了液相中臭氧的濃度,減緩化學(xué)反應(yīng)速度。同時,由于臭氧氧化有機物的反應(yīng)是一個連串反應(yīng),在降解有機物的同時也要對其氧化中間產(chǎn)物進行深度氧化,消耗液相中的臭氧,減緩目標(biāo)有機物的降解速率。為與工業(yè)實際廢水相接近,實驗選擇溫度范圍為3~30度。
4.臭氧氧化性能的影響因素--催化劑
堿催化臭氧氧化:如O3/H2O2,它們是通過OH-來催化產(chǎn)生·OH而對有機物進行降解;光催化臭氧氧化:如O3/UV、O3/H2O2/UV,這里要注意UV是一定波長的;多相催化臭氧氧化:如O3/固體催化劑(如活性炭、金屬及其氧化物,中國煤科院和北京同林共同開發(fā)的二氧化錳復(fù)合氧化物,有很好的催化作用,效率可以提高1.5倍)。
5.臭氧技術(shù)在應(yīng)用中存在的問題
低濃度臭氧處理有機物時不能將其完全氧化為二氧化碳和水,而是生成一系列中間產(chǎn)物,如醛、羧酸等;臭氧溶解度低,限制了臭氧在水處理中的應(yīng)用。臭氧生產(chǎn)中對進入發(fā)生器的空氣質(zhì)量要求高,且臭氧有腐蝕性,要求設(shè)備和管路使用耐腐蝕材料或作防腐處理;臭氧極不穩(wěn)定 重量濃度為1%以下的臭氧在常溫(常壓)的空氣中的半衰期為16小時,水中臭氧濃度為3 mg/L時,半衰期僅30分鐘左右。
 
實驗原理思考:
1.廢水經(jīng)臭氧反應(yīng)后,CODcr是否會升高,為什么?
答:可能會升高。
1)臭氧的作用有分解大分子基團,把一些原本無法檢測的物質(zhì)變成顯性的。所以如果在作用的初期即臭氧投加量較小的時候,或是臭氧在臭氧接觸池內(nèi)傳質(zhì)效率低,或是停留時間不足,都有可能影響到COD的降解效果,使得原來比較穩(wěn)定難降解大分子物質(zhì)(不顯COD)變成易降解的小分子物質(zhì)(顯COD)。這樣就會出現(xiàn)CODcr升高的情況。這個現(xiàn)象在很多學(xué)校試驗中被證實。總有學(xué)生很惶恐的說:你的臭氧發(fā)生器給我的廢水投加了COD!
2)實驗設(shè)備引起,如:乳膠管插在水中就可被氧化使的CODcr升高。為了避免此類現(xiàn)象的發(fā)生,需采用耐氧化硅膠管或者不銹鋼管進行試驗。
2、有些廢水在使用臭氧處理的時候,會出現(xiàn)大量泡沫,怎么處理?
答:有些廢水會含有發(fā)泡劑類物質(zhì),此類試驗需要用三氯化鐵、硫酸鋁或者聚合氯化鋁等做下混凝預(yù)處理,再進行臭氧處理。
四、實驗步驟
1.臭氧濃度的測定:
用量筒取250ml 的2%的KI溶液加入氣體吸收瓶,然后通入臭氧 90s,取100ml反應(yīng)液于錐形瓶中,用醋酸酸化至pH=4,用0.005mol/L的Na2S2O3滴至淡黃色,加入1%淀粉溶液,繼續(xù)滴定至無色,記錄滴定消耗Na2S2O3的體積。
2.臭氧脫色效率的測定:
(1)取兩個氣體吸收瓶,分別裝入250ml直接藍溶液和2%的KI溶液,用膠管連接通臭氧 45s。
(2)取分散藍溶液反應(yīng)液在很大吸收波長580nm下測吸光度,計算臭氧的溢出量,求臭氧的脫色效率和吸收率。
(3) 取反應(yīng)后KI溶液100ml于錐形瓶中,用醋酸酸化至pH=4,用0.005mol/L的Na2S2O3滴至淡黃色,加入1%淀粉溶液,繼續(xù)滴定至無色,記錄滴定消耗Na2S2O3的體積。
(4)調(diào)解原水的pH為3和10,重復(fù)(1)(2)(3)。
測定臭氧在水中的濃度,采用碘量法
臭氧先用KI溶液吸收,生成I2用Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定
O3+2KI+H2O===O2+I2+2KOH
I2+2Na2S2O3===Na2S4O6+2NaI
測定方法:
1、臭氧吸收:取250mL 2%KI溶液于吸收瓶中,通入臭氧化氣1.5min。
2、取吸收臭氧的KI溶液(2%)溶液100ml于錐形瓶中,用冰醋酸酸化調(diào)pH=4用0.005mol/LNa2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至淡黃色時,再加入1%淀粉指示劑,此時溶液為藍色,再迅速滴定至藍色消失為終點。
注意:對于不同pH值得有色溶液,要注意溶液臭氧吸收量與脫色率之間的聯(lián)系。

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