饮用水化学消毒技术—臭氧
臭氧（O3）是已知最强的氧化剂，常温常压下为淡蓝色的具有特殊臭味的气体，密度为空气的1.658倍。臭氧气体经低温压缩处理可呈液态，沸点为112.3℃.臭氧在水中的溶解度比氧大13倍，但因在空气中的分压较低，故在常温常压下只能得到数毫克每升浓度的溶液。臭氧稳定性级差，常温下在空气和水中均易分解，并放出初生态氧。不仅能杀灭水中的普通菌类和虫卵，还能杀灭抗氯性强的病毒和芽孢，且残留的臭氧因易分解而不会造成二次污染。
① 臭氧杀菌的机理尚未完全清楚。有下列一些观点：
a) 臭氧在分解成氧气的过程中生成“新生态氧”，高度活性的新生态氧可起杀菌作用。
b) 臭氧能破坏细胞上的脱氢酶而干扰细胞的呼吸功能，直接氧化各种酶和蛋白质，阻碍代谢过程, 破坏有机体链状结构而导致细胞死亡。据报道，臭氧能和对其敏感的氨基酸残基（半胱氨酸残基、色氨酸残基、蛋氨酸残基）直接发生反应，破坏蛋白质。
c) 臭氧能影响细胞中的物质的交换，使活性硫化物基团转化过程中的平衡遭到破坏。
d) 臭氧能与细菌细胞膜作用，与细菌细胞壁脂肪酸双键反应，作用于细胞外壳脂蛋白和内部的脂多糖等大分子聚合物，使细胞膜的渗透性改变，导致原生质的流失和细胞体的溶解。
e) 臭氧能穿透细胞壁，渗入细胞内部与细胞质反应，作用于脂蛋白和脂多糖、改变和分解RNA、DNA和线粒体结构。臭氧能迅速穿透细胞壁的特性是其杀菌速度快的原因之一。
f) 臭氧灭活病毒的方式主要是氧化破坏其外壳和核酸。研究结果证明：臭氧可破环肠病毒衣壳蛋白的四条多肽链，并使RNA受到损伤；可使噬菌体中的RNA被释放出来，还可以观察到噬菌体断裂分解成碎片。
g) 臭氧还能氧化分解死亡菌体内的基因、热原质和支原体等。
② 臭氧消毒的优点
a) 氧化能力强 能在消毒时兼代处理许多其他的水质问题。臭氧的氧化能力比氯大50%，在消毒的同时可有效去除或降低复杂的味、臭、色和金属离子的问题。据报道，臭氧能将氯化和活性炭工艺无法去除的味和臭去除。但臭氧对源于天然有机物的臭和味的去除效果不明显。
臭氧消毒的同时兼有助凝和去除浊度的作用，采用臭氧处理往往可以提高混凝和过滤效果，间接上对控制微生物发挥了作用。
b) 杀菌效果显著，作用迅速，据称臭氧杀菌比氯快300～3000倍，消毒效率高于常用的液氯和次氯酸钠约15倍，消毒接触时间通常只需0.5～1min。
c) 广谱高效。臭氧能迅速杀灭细菌和孢子，还能杀灭变形虫、真菌。原生动物、一些耐氯、耐紫外线和耐抗生素的致病生物，如孢囊和一些病毒、贾第鞭毛虫、隐孢子原虫、藻类、低级水生生物等。所需的接触时间通常很短（不过臭氧对一些霉菌如绿霉菌、青霉菌等作用时间较长）。微生物被臭氧灭活从易到难的顺序一般为：细菌——病菌——孢囊。
d) 消毒处理的副作用较小。臭氧在杀菌后被还原成氧，因此能附带提高水中的溶解氧。臭氧本身不会形成消毒卤化副产物，也不产生和加重臭味, 投加臭氧也不会在水中产生pH值的变化，无需另行投加药剂调节pH。
e) 消毒处理对健康的影响小。通常认为臭氧处理不会增加被处理水的致突变活性。因此虽然使用臭氧也生成了一定量的消毒副产物，一般的观点是对人体健康而言，使用臭氧消毒要比使用氯或二氧化氯安全。
③ 臭氧消毒的缺点
a) 消毒剂不稳定 臭氧不够稳定，容易自行分解，半衰期短，应就地生产使用。臭氧没有长久杀灭能力，往往还要后续投加其他消毒剂（如氯氨等）。
b) 监测较困难 臭氧不能留下易检测的物质，臭氧分析测定技术没有足够的特异性或灵敏性，因此对工艺进行方便和有效的控制比较难以实施。
c) 消毒副产物危害健康的可能性 关于臭氧的各种消毒副产物对健康的危害程度还要做进一步深入的研究，在臭氧消毒方法的安全性方面还存在着一些争议。一般臭氧氧化处理的水平并不能使水中的有机物完全无机化，只能将其变成物理化学性质不同的较低分子量的有机物，它们有可能在后续的化学处理过程中生成有害的副产物。水中的溴离子在被臭氧氧化成溴酸盐后，可能在氯化反应中生成致癌和有致突变活性的溴氯化合物。另外，有观点认为低剂量进行臭氧处理时，一部分反应的中间产物也可能具有致突变活性。
d) 处理水的生物不稳定性 许多实践证明臭氧能将微生物难以降解的大分子有机物分解成容易被微生物利用的小分子，将总有机碳的一部分转换为生物可同化有机碳（AOC），使AOC所占的比例增加，实践表明AOC可增大为处理前的2~6倍。在AOC中，臭氧的氧化产物如各种有机酸和醛类占有重要组成。由于臭氧很容易被消耗掉并转化成有利于生物生长的氧，结果使被处理的水生物不稳定性加强。导致水质恶化。
1893年，在荷兰的奥茨胡恩建立了世界上第一家使用臭氧进行饮用水处理的工厂，但其后近100年的时间内因为各种原因，应用不很普遍。自从世界卫生组织确认经氯化消毒的饮用水中存在致癌性的THMs后，臭氧便作为最安全可靠的饮用水消毒方法在世界各地迅速地发展起来。截止到2005年，美国拥有的应用臭氧处理的水厂已达到400多家，加拿大有超过100家，法国有近700家，而德国则有大约70%的水厂装备了臭氧系统。现在，欧洲主要城市的自来水应用臭氧消毒已很普遍，世界上最大的应用臭氧消毒的自来水厂位于加拿大蒙特利尔和美国洛杉矶，其处理能力均为2.3×108m3/d。同时，用臭氧对矿泉水、饮料用水等进行消毒处理，在许多国家都十分普及。
打印此文
收藏此页