1、臭氧氧化機理及作用

1.1 臭氧氧化機理

臭氧具有極強的氧化特性（常用氧化劑氧化才能排序: F2＞O3＞H2O2＞ClO2＞HClO＞OCl－＞NHCl2＞NH2Cl）。其氧化有機物途徑包括：

1）臭氧分子直接氧化。臭氧分子直接與有機物（主要是不飽和脂肪烴和芳香烴類）接觸發(fā)作環(huán)加成反響、親電反響或親核反響，從而將有機物分子氧化合成，但此過程反響速度較慢，且具有選擇性；

2）羥基自在基間接氧化。在堿性條件下，溶解于水中的臭氧被某些物質(zhì)（如催化劑）誘發(fā)、合成產(chǎn)生氧化性更強的羥基自在基（·OH），間接氧化水體中的有機物，反響速度快，并無選擇性。

1.2 降低有機物殘留

臭氧對出水中殘留有機物具有較好的去除效果，如表1所示。

表1  臭氧關(guān)于各類污染物的去除效果

1.3 提升COD可生化性

由于臭氧直接氧化有機物時具有選擇特性，即存在先易后難的次第（鏈烯烴＞胺＞酚＞多環(huán)芳香烴＞醇＞醛＞鏈烷烴）且普通是先將含有不飽和鍵、苯環(huán)等大分子有機物氧化為醇、醛等小分子有機物（易生物降解），因而表現(xiàn)為可提升COD可生化性。

如表1中所示，臭氧投加量為6 mg/L時便可以使得出水BOD5/COD比值提升近3倍；當臭氧投加量為10 mg/L時，溶解性小分子有機物（分子質(zhì)量≤1 ku）散布可由初始的52.9%上升至72.6%；同時，殘留有機物中芳香族類物質(zhì)含量隨之降低，脂肪類飽和有機物、含氧官能團（羰基、羧基）含量會有所升高。

1.4 中間產(chǎn)物滯留

但是，大多數(shù)狀況下，臭氧會發(fā)作不徹底氧化——復雜大分子有機物經(jīng)氧化轉(zhuǎn)變?yōu)槿╊悺⑼?、羧酸類等小分子中間產(chǎn)物；這些中間產(chǎn)物的潛在毒性（如基因誘變、遺傳物質(zhì)表達、物質(zhì)新陳代謝毀壞等）相關(guān)于其母體物可能更強，會嚴重影響水體微生物、動物、植物乃至整個生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性。

2、臭氧氧化有機物環(huán)境效果

2.1 改善出水水質(zhì)

除氧化降解作用外，臭氧還能夠起到脫色與殺菌消毒作用。研討顯現(xiàn)，隨臭氧投加量的增加，水體色度會不時降落。臭氧亦可殺滅細菌和病毒，向二級出水通入一定量臭氧，反響10 min后總大腸菌群會被完整去除。

2.2 生成氧化副產(chǎn)物

臭氧氧化過程還會構(gòu)成不同的有毒致癌氧化副產(chǎn)物：

1）溴酸鹽。臭氧易與水中溴化物（來源于工業(yè)廢水、農(nóng)田以及城市地表徑流等）反響生成溴酸鹽，其進入水體后不只難以被降解，而且在給水工藝中也難將其去除，最后進入飲用水構(gòu)成安康風險；

2）N－亞硝基二甲胺（NDMA）。工業(yè)污水處理廠二級出水中殘留的亞硝胺類物質(zhì)的前體物會在臭氧的作用下經(jīng)過一系列的反響生成NDMA。

關(guān)于臭氧氧化反響前、后母體產(chǎn)物與中間產(chǎn)物，以及氧化副產(chǎn)物毒性變化目前并無明白定論。不同研討者經(jīng)過樹立不同毒性評價模型，綜合剖析削減污染物的才能及其毒性變化規(guī)律。

2.3 臭氧殘留逸出

常溫、常壓狀態(tài)下，臭氧在水體中的溶解度為3～7 mg/L。過量投加到水體的臭氧分子（濃度≥5 mg/L）可能逸散到空氣中，對四周環(huán)境形成毀壞。依據(jù)臭氧對人體安康的影響，我國規(guī)則空氣中臭氧濃度上限值：一級為0.12 μg/L，二級為0.16 μg/L，三級為0.2 μg/L；當臭氧監(jiān)測值超越0.16 μg/L時，人體就會覺得到明顯不適。另外，臭氧逸出也會形成損傷農(nóng)林、有機資料老化、染料褪色等負面影響。為此，臭氧處置工藝普通需求設(shè)置尾氣處置安裝。但即使如此，還是存在殘留臭氧逸出的風險。

可見，應(yīng)用臭氧工藝深度降解COD以期減少對受納水體耗氧的影響存在上述疑問。實踐上，臭氧很容易將出水中難以生物降解的惰性有機物降解并提升出水中COD可生化性，進而耗費受納水體DO，造成水體缺氧而發(fā)黑、發(fā)臭。同時，臭氧氧化滯留的中間產(chǎn)物、副產(chǎn)物等還會進一步增加出水潛在毒性要挾。固然臭氧氧化與后續(xù)活性炭、砂濾等工藝分離可局部截留臭氧氧化中間產(chǎn)物及副產(chǎn)物，但這勢必會形成整個處置流程不時延長，造成污水處置本錢急劇攀升。

臭氧對出水中新興微量有機污染物（PPCPs、EDCs等）具有一定水平的去除作用，并能緩解其對生態(tài)環(huán)境的危害，但其帶來的高運轉(zhuǎn)本錢以及其他負面環(huán)境影響不可小覷。單從出水殘留有機物（EfOM）對水體耗氧角度，臭氧氧化似乎是出力不討好，將難降解有機物轉(zhuǎn)化為易降解有機物，反而加劇受納水體耗氧水平，特別是構(gòu)成的中間產(chǎn)物以及氧化副產(chǎn)物還具有毒性，會加大次生生態(tài)與安康風險。