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臭氧是如何氧化水中的有机物质的?

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臭氧是极强的氧化剂,具有很强的氧化能力,它的氧化还原电位:
O¬3+2H++2e O2+H2O(酸性条件下)E。=2.37V
O¬3+ H2O +2e O2+2OH-(碱性条件下)E。=1.24V

由于臭氧不稳定,在水中能迅速分家,其分解速度随着温度、pH值的增高而增强,在纯水中臭氧分解的半衰期为15~30min,溶解在水中的臭氧受到羟基离子的催化作用也能很快被还原。
臭氧氧化分解水中有机物,对烯烃类化全物的双键氧化能力强,其次是胺类和碳氢双键,再其次是炔烃三键代化合物,碳环杂环化合物,硫化物,磷化物等,臭氧对醇,醛,醚及碳氢化合的单键氧化能力弱。

臭氧与水中有机物反应机理是比较复杂的,各种解释不一,根据Hougne和Bader提出的臭氧在水中的反应理论认为:臭氧与水中有机物进行反应,通过两条途径进行,其一臭氧与有机物直执接反应,亦称D反应,其二臭氧与有机物间接反应,即臭氧分解产生羟根自由基(OH.)的间接反应,亦称R反应。二者比较,以D反应速度比较缓慢,有选择性,是去除水中有机物的主反应。R反应是羟根自由基(OH•)和水中有机物、微生物、CO23-、HCO3-反应。虽然反应能力强,反应速度快,但是选择性差,它既能与有机物反应加速臭氧分解速度,又能与水中碳酸根和碳酸氢根反应。生成次自由基CO3-•和HCO3•,次自由基地也能和有机物反应,但反应速度非常缓慢。

臭氧去除水中有机物的效果一般认为是D反应和R反应的叠加作用,上述两种反应进行的程度取决于不同的反应条件。当水中pH值小雨8时,OH•自由基会大大减少,或者水中添加大量HCO3-时,也可捕集OH•自由基,同样可以缓解OH•自由基的反应强度,这样就减弱了臭氧分解速度。因此在低pH值或高碱度情况下,则可强化臭氧直接反应,有利臭氧充分作用,增强其脱色杀菌效果和去除有机物能力,反之处理高pH值或低碱度水质情况下,臭氧分子分解迅速强化了羟自由基的氧化作用。

臭氧用于给水厂水质处理,以天然水体或受污染的天然水体作自来水源水时,pH值一般在6.0~8.5之间,水体中比存在相当数量的碳酸根离子和碳酸氢根离子,臭氧投加后仍然以D反应为主、R反应为辅的途径去除水中污染有机物。

 

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