微米臭氧气泡强化染料降解
    　　臭氧氧化过程中, 染料的脱色率、TOC去除率、出口臭氧浓度以及溶液pH值的变化如图1所示.
    随着臭氧氧化反应的进行, 染料废水的颜色逐渐由深蓝变为浅蓝, 然后变为棕色、浅黄, 最后变
    成无色. 由图1可见, 溶液的pH值逐渐降低, 说明有酸性物质产生. 形成的酸性物质主要包括两个
    方面: 一是苯环开环形成的不挥发酸; 二是磺酸基断裂形成. 采用微米气泡体系可以大大提高臭
    氧的利用效率, 其出口臭氧浓度在0103—1017 mg•l- 1 , 在最初的30min内基本稳定在0103 mg•l- 1 ,
    远低于鼓泡系统的出口臭氧浓度(118—7114 mg•l- 1 ). 但由于循环水泵需要消耗一定的能量, 去除
    每克染料微米气泡体系的能耗约是鼓泡体系的1145倍.
    　　微米气泡体系中染料的脱色速率高于鼓泡体系, 二者达到99%脱色效率所需的时间分别为30
    min和60 min. 其TOC的去除效率比鼓泡体系高近20%. 很显然, 染料的脱色率大于矿化率.
    　　以染料的脱色率为横坐标、TOC去除率为纵坐标作图, 从图2可以看出, 臭氧氧化反应的初始阶
    图2　TOC去除率与脱色率的关系
    Fig12　TOC removal vs1 color removal
    段, 染料的脱色反应进行得较快, 而TOC去除率较
    低; 待染料的脱色率达到80%之后, TOC的去除速
    率显著增加. 这说明臭氧首先进攻发色基团, 生成
    小分子的中间产物; 而后再氧化这些中间产物, 使
    染料溶液的TOC显著降低. 在同样的脱色速率下,
    染料在微米气泡体系中的TOC去除率大于鼓泡体
    系, 这表明采用微米气泡体系不仅可以提高臭氧的
    传质速率, 还可以强化其氧化能力. 臭氧氧化途径
    包括直接的分子臭氧氧化和间接的羟基自由基氧
    化. 和臭氧分子相比, 羟基自由基具有更高的氧化
    活性. 微米气泡的直径非常小, 根据Yong2Lap lace
    方程ΔP = 2γ/ r (式中, ΔP为附加压力, γ为表面张力, r为气泡半径) [ 6 ] , 直径为50μm的气泡其
    附加压力约是直径为5 mm气泡的100倍. 具有较高内部压力的微米气泡在破碎溶解时, 有可能激发
    羟基自由基的产生, 从而增强了臭氧的氧化能力. 微米臭氧气泡的详细作用机理需要进一步研究.
    　　图3为采用微米气泡体系, 不同反应时间取样得到的紫外可见扫描谱图. 由图3可以看出, 反应
    40 min后, 在可见光区594 nm处的最大吸收峰基本消失; 在近紫外光区吸收峰的数目逐渐减小, 250
    nm处的吸收峰也逐渐降低. 594 nm处的最大吸收峰的消失说明活性艳蓝KN2R的共轭体系受到完全
    的破坏; 近紫外光区250 nm处吸收峰的降低说明染料分子中的芳环结构也受到一定程度的破坏.
    　　两个体系中染料在250 nm和594 nm处吸光度变化的对比如图4所示. 采用微米气泡系统, 在每
    一个波长下吸光度的变化率都高于鼓泡系统, 这与其较快的脱色速率相一致. 在相同的反应时间内,
    染料在594nm处的吸光度变化幅度比250 nm处的吸光度变化幅度要大, 这说明染料的芳环结构更难
    于被氧化破坏. 染料的脱色主要是由于染料的共轭体系以及染料分子中的芳环结构受到破坏而形成无
    色化合物.
    图3　微米气泡体系在不同反应时间的紫外可见扫描谱图
    Fig13　UV spectrum at different ozonation time
    图4　在两个波长下吸光度变化的对比
    Fig14　Rate of abatement at two absorp tion bands
    __ 3　结论
    　　采用微米气泡不仅可以提高臭氧在水中的传质速度, 从而提高臭氧的利用率, 还可以强化臭氧的
    氧化能力. 在相同的进气流量下, 臭氧在微米气泡系统中的传质系数和利用率是鼓泡系统的116—
    217倍和213—312倍. 以活性艳蓝KN2R为目标反应物的试验结果表明, 染料在微米气泡系统中的脱
    色速率和矿化率均高于鼓泡系统; 在同样的脱色速率下, 微米气泡系统中染料的TOC去除率大于鼓
    泡系统. 染料的脱色主要是由于染料的共轭体系及染料分子中的芳环结构受到破坏而形成无色化合物
    造成的结果.
    参　考　文　献
    [ 1 ] 　Zhou H, Smith D W, Ozone Mass Transfer in Water and Wastewater Treatment: Experimental Observations Using a 2D Laser Particle
    Dynamic Analyzer [ J ] 1Water Res1, 2000, 34 (3) ∶909—921
    [ 2 ] 　ShinW2T, Mirmiran A, Yiacoumi S et al. , Ozonation UsingMicrobubble Formed by Electric Fields [ J ] 1Separation and Purification
    Technology, 1999, 15 ∶271—282
    [ 3 ] 　Burns S E, Yiacoumi S, Tsouris C, Microbubble Generation for Environmental and Industrial Separations [ J ] 1Separation and Purifica2
    tion Technology, 1997, 11 ∶221—232
    [ 4 ] 　高桥正好, 能水の研究とその利用食品工業におけゐ¾.  Í ° ¶ Ë やª ®° ¶ Ë の可能性[ J ] , 食品工業, 2002, 特集∶