臭氧/活性炭反应器爆炸能给我们哪些启示？

就在去年，一个钢筋混凝土的大型臭氧/活性炭反应器爆炸了。生产事故，都是若干个“小疏忽”巧遇发生。我设想，若活性炭始终浸没在流动的水中，不可能发生爆炸。好了，对于此次事故我没有调查，没有发言权。

从臭氧应用角度，事故却给我们重要启示：活性炭不是催化剂！这个问题，早在四个月前推送消息中我就说过，最近又看了一些文献，更证实这一观点。但无论如何，臭氧仍然是绿色、安全的水处理化学品。

试想：若活性炭不与臭氧反应，会爆炸么？若是单质铁被臭氧氧化，生成铁的化合物、或在水中形成Fe² ，会爆炸么？恰恰，湿润的活性炭被臭氧氧化，生成CO、H₂，且反应放热又加速了氧化，产生大量可燃气体，爆炸也就必然了。因此，事故主观原因只是人们忽视了一简单事实：单质碳是可燃物，也容易被氧化。

可能有人会觉得新奇：只听说活性炭是吸附剂，从来没有听说是还原剂。是的，活性炭在水中主要起吸附作用；缺乏强氧化剂时，氧化速率极慢。在氧化的过程中，表面生成羧基、羰基、酚羟基、醌基等含氧官能团；这些官能团覆盖表面，又大大延缓了氧化过程（随便说一句，这些官能团也许能对H₂O₂起催化作用，形成•OH，但不能催化O₃）。更何况一些品种的活性炭制备过程活化时，就已经被预氧化了，表面的微晶碳大大减少，但这并不能改变主要成份仍然是单质碳。若活性炭表面改性不彻底、或作为载体表面负载有缺陷，仍然可能被臭氧氧化。

可能还有人觉得奇怪：臭氧—生物活性炭工艺在给水处理中应用了那么多年，没有听说有爆炸风险。是的，这时的活性炭主要作为载体，表面生长微生物；另外，该工艺臭氧的投加量很少，浓度只有1 ~ 3mg/L，因此活性炭很少被氧化。

         最近数月，臭氧又得到一污名“大气污染物”，不少地方政府打响了治理臭氧污染的攻坚战，这自然不会有错。媒体说臭氧可以引发支气管炎和肺气肿，造成人的神经中毒，如头晕头痛、视力下降等，这自然也不会有误。但我不知道：全国有几人因大气环境中的臭氧污染导致发病？有可靠医学依据么？我国卫生部规定的臭氧安全浓度为0.1ppm（mg/M³）；工业卫生标准为0.15ppm，并规定在此浓度下允许工作不超过10小时；大气环境标准为0.16ppm；而人们对臭氧的嗅觉阈值为0.02 ~ 0.04ppm。据说上海市臭氧污染最严重的一天是0.27ppm，但我不知道测定的地点、高度、持续时间等因素。

“所谓的臭氧污染永远和光化学烟雾分不开，日常所说的臭氧污染其实就是指的光化学烟雾”（https://baike.baidu.com/item/臭氧污染/4259479?fr=aladdin，词条经“科普中国”项目审核）。就自然源，“臭氧是大气层中氮氧化物和碳氢化合物等被太阳照射，发生光化学反应而形成的”。特别是在高温、紫外线充足的天气，更容易产生臭氧。

作为工程技术人员，关心的是臭氧应用于水处理的大气污染人工源。为此，我粗略估算了如下。

源浓度：带有催化剂、微孔布气、且气液不短流的工程装置，臭氧的分解率至少达到99%；而尾气破坏装置，分解率也可达到99%以上。臭氧发生器，供气浓度可达0.16×10⁶ppm，正好是大气环境标准的10⁶倍，也就是说臭氧尾气超过大气环境标准最多不到100倍。

源气量：处理40万吨/日规模的工业废水（几乎是全国最大级别的），需要臭氧量约为一万M³/h.

关于臭氧稳定性：臭氧在气相中的半衰期，百度百科“臭氧”和“臭氧发生器”条目中数值有些差距，我理解：这是由于浓度差异巨大造成的（毕竟不是化学元素衰减）。后者认为“臭氧在30℃左右时会在1分钟内衰减一半。在40~50℃时衰减达到80%。超过60℃臭氧会马上分解”。

由此，我们可以向大气环境界提出问题：浓度超标一百倍、气量一万立方米、半衰期为2分钟的人工污染源，究竟对城市大气环境中臭氧污染有多大贡献？是千分之一、还是百万分之一？

实际问题好象并没有那么复杂：与其它大气污染物不同，臭氧监测不需要高档仪器。如上所述，人类对臭氧嗅觉很灵敏，只要我们大家都闻不到，肯定达标了。我本人多次实施在污水泵房中搭建的臭氧反应器连续流实验（水量3.8M³/d），尽管我们备用了臭氧尾气的KI吸收液，但现场都没有用，因为我们没有闻到臭氧的气味；即使弱弱地闻到，工作八个小时也无健康风险。所以，本文中提到的臭氧分解两个99%，是有理论和实践依据的。

本文只是问题探讨，并不是结论。只所以发出声音，是听说有些城市已限制臭氧在污水处理中应用了。哲学上有量变质变规律，我希望环保部门的管理人员，要有科学的方法论，不要听到风就是雨。

（声明：以上技术资讯文章，是马鲁铭的原创，仅供参考！不承诺学术的严谨性与实践的可靠性，敬请不要摘录引用。）