臭氧消毒工藝在潼湖水廠的應(yīng)用

鄭喜武

摘 要：隨著科技的發(fā)展進步，人民的生活水平逐漸提高，在全國各地建設(shè)了大量的自來水水廠。但是環(huán)境污染日益嚴重，水質(zhì)問題成為了主要民生問題，工廠的建設(shè)導(dǎo)致污水廢水隨意排放，生活用水中混入了大量污染物質(zhì)，所以水廠的首要任務(wù)就是解決生活用水質(zhì)量。臭氧具備非常好的溶解、凈化、消毒能力，提高了水廠凈水工作的效率。該文主要針對臭氧消毒工藝在潼湖水廠的應(yīng)用進行了深入分析，闡述了臭氧消毒工藝在自來水生產(chǎn)中的作用。

關(guān)鍵詞：臭氧 消毒工藝 水廠

中圖分類號：TV67 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）02（a）-0029-02

1 臭氧的基本性能

臭氧（O3）是氧氣（O2）的同素異形體，純凈的臭氧常溫常壓下為藍色氣體，密度為2.143 kg/m3，與空氣的密度比1.657。臭氧是一種具有刺激性氣味的有毒氣體，人在臭氧環(huán)境中的允許濃度值為0.1 PPm。在水中，臭氧的氧化還原電位比氯高50%，臭氧的氧化能力非常強（僅次于氟），能氧化大部分有機物，能腐蝕金屬。臭氧在水中的溶解度大于氧氣，采用一定的擴散方式，臭氧對水的傳質(zhì)系數(shù)可達90%以上。

臭氧極不穩(wěn)定，會分解成氧氣，同時放出大量的熱量。臭氧在空氣中分解消失的半衰期為12 h，臭氧的分解速度在水中非常快，半衰期一般為5 min到10 min左右。

臭氧不易儲存，穩(wěn)定性非常差，所以只能現(xiàn)場制作使用。臭氧可通過氧氣制得，其熱化學(xué)反應(yīng)方程式如下：3O2→2O3-288.9kJ。工業(yè)用臭氧制備一般采用無聲放電法：用料氣（氧氣或空氣）通過放電管間隙，氣流中的一部分氧氣在高電壓作用下激發(fā)氧原子，氧原子和其他氧氣生成臭氧氧化物。在氧化作用下，放電期間會產(chǎn)生很多熱量，從而導(dǎo)致分解速度加快，而影響產(chǎn)量，必須采取適當(dāng)?shù)睦鋮s措施。

2 臭氧在自來水生產(chǎn)過程中的作用

從上述臭氧的物化性質(zhì)可以看出，在水廠中采用臭氧主要是應(yīng)用了臭氧的強氧化性，達到如下目的。

（1）與有機物反應(yīng)。

（2）對C=C鍵有極強的選擇氧化性。

（3）芳香族和不飽和脂肪族化合物易被氧化。

（4）氧化有機N、S化合物。

（5）將不可生物降解的COD（化學(xué)需氧量）轉(zhuǎn)化為BOD（生化需氧量）。

（6）與無機物反應(yīng)。

（7）鐵、錳。

（8）硫化物。

（9）亞硝酸鹽。

（10）氰化物。

（11）脫色、去味、除嗅。

（12）消毒：殺滅細菌、病毒、原生動物等。

（13）無三鹵代物等副產(chǎn)物生成。

（14）增強對有機物的去除效果。

經(jīng)臭氧部分氧化后，可增強對有機物的去除效果，如：洗滌劑、酚類、殺蟲劑、螯合劑，以及其他對環(huán)境有害的化學(xué)物質(zhì)。

（15）增強澄清效果。

破壞膠體物質(zhì)的穩(wěn)定狀態(tài)，減少絮凝劑/助凝劑的使用量，并減少分離設(shè)備的規(guī)模。

（16）高級氧化：可生成羥基自由基。

3 潼湖水廠臭氧系統(tǒng)

3.1 臭氧系統(tǒng)的工藝

液氧罐氣化裝置臭氧發(fā)生間預(yù)臭氧后臭氧（主要臭氧化合物）、翻板臭氧活性炭池。

3.2 臭氧系統(tǒng)的主要成分

臭氧的運用工藝形式有這樣幾種：（1）臭氧化合物的預(yù)備；（2）把臭氧化合物用顆粒活性炭進行過濾處理。

臭氧消毒?；葜蒌畯S臭氧系統(tǒng)由主要有4個組成部分：（1）氣源系統(tǒng)；（2）臭氧生成系統(tǒng)；（3）臭氧接觸系統(tǒng)；（4）尾氣破壞系統(tǒng)。

氣源有3個主要種類：（1）成品液態(tài)純凈氧氣；（2）現(xiàn)場直接加工空氣制成的液態(tài)純凈氧氣；（3）空氣液化氧。潼湖水廠為了節(jié)省能源損耗，提高臭氧化合物的濃度，減少設(shè)備的使用率，一般采用成品液態(tài)氧，當(dāng)需要的臭氧產(chǎn)量過大時，就會采用現(xiàn)場制備方式。對臭氧濃度要求不高時，會直接采用空氣液化氧。

臭氧生成器是生產(chǎn)臭氧的主要設(shè)備，潼湖水廠生產(chǎn)臭氧使用的是瑞士奧宗尼亞（OZONIA）進口的管式發(fā)生器。放電電壓和頻率是影響臭氧產(chǎn)量和濃度的重要原因，當(dāng)氣體壓力和冷卻水溫度發(fā)生變化時，也可能影響臭氧生成器的臭氧產(chǎn)量。當(dāng)放電電壓和頻率增高時，臭氧產(chǎn)量會增加，氣體壓力和冷卻水溫度增高時，臭氧產(chǎn)量會大量降低。通過實踐論證，放電電壓最合適的段位為3 000～4 000 V，放電頻率為800～1 000 Hz，氣體壓力為0.3～0.7 MPa，冷卻水最合適的溫度要低于30℃。

臭氧接觸的過程是采用特定的設(shè)備和方式把臭氧氣體投入到液體中，讓臭氧氣體和液體接觸，融入液體中，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生液態(tài)臭氧。臭氧接觸反應(yīng)主要是運用臭氧接觸池，接觸器的形式與接觸時間根據(jù)臭氧產(chǎn)量目標而定。潼湖水廠主要運用的是預(yù)臭氧接觸池，其接觸形式是水射器擴散接觸形式。

預(yù)臭氧的主要作用如下。

（1）氧化溶解的鐵、錳離子。

（2）增強絮凝效果。

（3）減少三鹵甲烷。

（4）減少三鹵甲烷的前提物質(zhì)。

（5）氧化氰化物，硫化物，亞硝酸鹽。

后臭氧的主要作用如下。

（1）消毒（滅活病毒和原生動物）。

（2）氧化有機物質(zhì)：酚類、清潔劑、殺蟲劑。

（3）脫色、脫味、脫嗅。

（4）將COD轉(zhuǎn)化為BOD。

（5）結(jié)合生物濾池去除DOC（溶解有機碳）。

（6）節(jié)約管網(wǎng)殘留余氯藥劑的使用量。

尾氣破壞系統(tǒng)主要是為了收集無用的剩余臭氧尾氣，并且通過人為方式把這些尾氣分解成安全、無害的氧氣。尾氣破壞的方法有這樣兩種：（1）化學(xué)物接觸反應(yīng)法；（2）加熱增溫分解法。考慮到水廠運營成本，潼湖水廠采用了化學(xué)接觸媒法。

4 臭氧-活性炭工藝在潼湖水廠的應(yīng)用

潼湖水廠取水口處東江源水為微污染水，目前的凈水工藝無法去除水中的溶解物質(zhì)。同時，由于有機污染物的存在，自來水易產(chǎn)生令人不愉快的生物臭；在氯化消毒過程中還會產(chǎn)生許多對人體健康具危害性的氯化消毒副產(chǎn)物——“三致物質(zhì)”（致癌、致突、致畸物質(zhì)），常規(guī)處理工藝對“三致”物質(zhì)基本不能去除。常規(guī)水處理工藝已不適應(yīng)目前的自來水水質(zhì)標準提高的要求。為保證水廠處理工藝對原水水質(zhì)的適應(yīng)性及出廠水水質(zhì)滿足相應(yīng)的供水水質(zhì)目標的要求，確定潼湖水廠凈水工藝為常規(guī)處理+深度處理工藝。深度處理常見的工藝流程有三種，即生物預(yù)處理+常規(guī)處理工藝、常規(guī)處理+GAC（粒狀活性炭吸附）深度處理工藝以及預(yù)臭氧+常規(guī)處理+O3BAC（臭氧生物活性炭過濾）深度處理工藝，經(jīng)過對三種工藝的多方比較，最后潼湖水廠確定使用預(yù)臭氧+常規(guī)處理+活性炭過濾工藝。

臭氧的活性炭工藝主要是利用臭氧的氧化特性實現(xiàn)消毒、滅菌的過程，臭氧和活性炭結(jié)合，更能有效講解水中的溶解化學(xué)物質(zhì)。這種工藝和傳統(tǒng)凈水工藝之間存在很大的區(qū)別，它主要是通過臭氧氧化替換傳統(tǒng)的氯化過程，在快濾池之后布置了活性炭濾池，起到二次過濾的作用。首先通過臭氧預(yù)氧化的功能，分解水體中存在的化合物質(zhì)及其他的污染物質(zhì)，降低水中的化學(xué)有機物質(zhì)，為活性炭過濾池的物理凈化功能降低有機負荷。利用臭氧氧化可以把水中難以溶解的大分子有機物降解為小分子有機物，使化合物質(zhì)的可吸附性提高，為活性炭的吸附凈化做準備，使凈化更加充分，提高過濾效率。臭氧和水接觸后會生產(chǎn)氧氣，促進了好氧微生物的繁殖，為他們的繁殖提供了氧氣養(yǎng)料，加速活性炭表面好氧微生物的繁殖效率，提高了活性炭的吸附能力。運用臭氧分解水中的有機化合物，不僅提高了凈化過濾效率，而且延長了活性炭的使用周期。

臭氧處理水體中的有機化合物后，活性炭將進行這樣幾個步驟凈化水質(zhì)：（1）通過炭層和水體接觸，可以破壞水中剩余的臭氧氣體；（2）活性炭可以吸附水中殘留的小分子化合物和臭氧產(chǎn)物；（3）活性炭表層的好氧微生物會主動講解水中的小分子化合物。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，運用活性炭凈化溶解，可以起到快速吸附、降解的作用?；钚蕴康奈饺萘糠浅４?，能夠吸附大量的小分子微生物，同時快速講解這些小分子有機物，隨著吸附凈化時間增加，活性炭的有機物負荷逐漸增加，從而減少吸附容量，降低吸附效率，慢速吸附成為主要過程，生物吸附之間會逐漸達到平衡。所以前期必須進行臭氧處理，延長活性炭的使用時間。

在凈化處理水質(zhì)的過程中，臭氧和活性炭結(jié)合使用能夠起到一個互補的作用，當(dāng)臭氧和有機物發(fā)生反應(yīng)是，可以破壞化合物的鏈接鍵，從而產(chǎn)生酮和醛物質(zhì)，這兩種物質(zhì)是水中微生物的主要食料，如果不去除這些主要養(yǎng)料，會在水中滋生大量的微生物。所以，活性炭的作用就是溶解這些產(chǎn)物，降解微生物的生存環(huán)境。還有另一種手段可以避免微生物的生長，就是在水中投入氧化劑物質(zhì)，例如：氯氣，但是沒有活性炭池的話，需要的投入量非常多，成本非常高，缺少經(jīng)濟效益，凈化不夠完全?；钚蕴績艋?，可以改善水質(zhì)顏色和氣味。

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