摘 要：臭氧在飲用水處理中的應(yīng)用已經(jīng)有一百多年的歷史。但是由于其技術(shù)復(fù)雜、成本昂貴，使應(yīng)用受到限制。本世紀(jì)七十年代，由于水污染的加劇和公眾健康意識的提高，迫使人們在傳統(tǒng)水處理工藝的基礎(chǔ)上采用新的手段，保證供水水質(zhì)符合更加安全的飲用水標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過近二十年的研究和實踐，以臭氧為主組成的復(fù)合應(yīng)用技術(shù)，以其良好的處理效果成為給水深度凈化技術(shù)的首選。

關(guān)鍵詞：臭氧 發(fā)展

臭氧在飲用水處理中的應(yīng)用已經(jīng)有一百多年的歷史。但是由于其技術(shù)復(fù)雜、成本昂貴，使應(yīng)用受到限制。本世紀(jì)七十年代，由于水污染的加劇和公眾健康意識的提高，迫使人們在傳統(tǒng)水處理工藝的基礎(chǔ)上采用新的手段，保證供水水質(zhì)符合更加安全的飲用水標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過近二十年的研究和實踐，以臭氧為主組成的復(fù)合應(yīng)用技術(shù)，以其良好的處理效果成為給水深度凈化技術(shù)的首選。

目前，臭氧化技術(shù)應(yīng)用以歐洲大陸最為普遍。法國和瑞士臭氧化工藝的應(yīng)用有著悠久的歷史，臭氧化設(shè)備也居世界領(lǐng)先地位；德國全國85%的水廠采用了臭氧深度處理技術(shù)。在美國，進(jìn)入八十年代以來，由于美國環(huán)保局提出了新的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，對出廠水和管網(wǎng)水的消毒作了更加嚴(yán)格的規(guī)定，同時又對減少水中的消毒副產(chǎn)物作出進(jìn)一步的限制，這雙重的壓力迫使國內(nèi)的水廠不得不考慮采用臭氧化、強(qiáng)化混凝和生物過濾等技術(shù)來達(dá)到供水要求。

一、工藝概況

洛杉磯水廠于1987年4月正式投產(chǎn)，是全美最大的臭氧化水廠，最高日處理量230萬 m3，平均日處理量160萬m3。原水來自內(nèi)華達(dá)西拉山的東坡，積雪融化的水，采用渠道和水管兩種輸水方式，經(jīng)540 km距離，重力輸送至水廠。原水濁度2NTU左右，pH8-8.5，TOC平均1.5mg/l，水質(zhì)較好。

1、工藝流程

洛杉磯水廠的主要工藝過程包括：

·預(yù)臭氧化

臭氧發(fā)生器設(shè)計采用5臺（4用1備），臭氧發(fā)生量149kg/h。臭氧接觸室共4座，單池尺寸為30×9×6m，臭氧投加量1.0-2.0mg/l，停留時間5min，尾氣由接觸室頂部集中抽送到臭氧尾氣破壞裝置中，將尾氣中臭氧降至0.1 mg/l以下，排入大氣。

·混凝

快速混合池共8個，單池尺寸為3×3×4.3m，各安裝快速攪拌器，把混凝劑快速均勻地擴(kuò)散至水中?；炷齽┩读繛椋宏栯x子聚合物1.3 mg/l，三氯化鐵1.1 mg/l?；旌蠒r間0.86s。絮凝池36個，單池尺寸 7.6×7，6×6.1 m，停留時間10 min。

·過濾

濾池24只，單池面積130m2，無煙煤濾料，厚度1.83 m，有效粒徑1.5mm，均勻系數(shù)1.5。采用3段式氣水混合反沖洗：首先氣水同時沖洗，通氣時間1min，沖洗強(qiáng)度20 l/（s·m2），水沖2 min，沖洗強(qiáng)度6.8 l/（s·m2）；然后單水高速反沖5 min，沖洗強(qiáng)度17 l/（s·m2）；最后低強(qiáng)度漂洗2 min，沖洗強(qiáng)度15 l/（s·m2）。沖洗效果良好，濾料表面不易結(jié)塊，濾層不形成泥球。

·消毒

由于預(yù)臭氧化的作用，最后消毒時，三鹵甲烷大大減少。4臺加氯機(jī)容量124kg/h，最大加氯量5.6mg/l。

2. 出水水質(zhì)

洛杉磯水廠處理前后的水質(zhì)指標(biāo)見表1。由濁度、三鹵甲烷生成勢、總有機(jī)碳等項指標(biāo)來衡量，該水廠的出水優(yōu)良。

洛杉磯水廠處理前后的水質(zhì)表1

二、臭氧化技術(shù)特點與應(yīng)用效果

1.臭氧采用純氧發(fā)生

洛杉磯水廠采用管式水冷臭氧發(fā)生器，使用9.5-10.5kV、600Hz高壓中頻交流電，以純氧為原料產(chǎn)生臭氧，臭氧濃度按重量計可達(dá)6%。氧氣由洛杉磯水廠的低溫氧氣發(fā)生廠供應(yīng)，日產(chǎn)45，360kg，氧氣從空氣中制備，純度達(dá)95%。為了滿足生產(chǎn)過程中臭氧用量的不同需要，氧氣產(chǎn)量可在設(shè)計能力的100%到60%之間進(jìn)行調(diào)節(jié)。每日還產(chǎn)生大約 l，820kg的液態(tài)氧，貯存在一個35，250l的液氧罐內(nèi)。液態(tài)氧可在需氧高峰期間增加氧氣的供應(yīng)，也是氧氣廠停機(jī)時的后備供氧源。

2.臭氧以微孔擴(kuò)散方式接觸反應(yīng)

預(yù)臭氧化之前，水僅在入口處經(jīng)過篩網(wǎng)過濾。臭氧注入接觸池，水深≤6.10m，水力停留時間≤5min。池內(nèi)的導(dǎo)流墻可以使水的短流降至最小。在每一個接觸池內(nèi)有兩排微孔陶瓷擴(kuò)散器，從中注入臭氧。臭氧投加量通常為1.0到1.5mg/l，根據(jù)需要，可增加到2.0mg/l以上。根據(jù)10年來統(tǒng)計的結(jié)果，臭氧的平均投加量為1.3mg/l。1993年7月美國環(huán)保局地表水處理規(guī)定（Surface Water Treatment Rule）實施以來，水中剩余臭氧較以往有所增加，目前通常保持臭氧接觸池的第一反應(yīng)室剩余臭氧濃度值在0.3mg/l以上，以達(dá)到美國環(huán)保局規(guī)定殺滅0.5個數(shù)量級賈第蟲所需的CT值。

臭氧化水廠要定期測定臭氧的轉(zhuǎn)移效率，以便確定臭氧擴(kuò)散器的工作狀況，檢查不同組的臭氧接觸池的臭氧投加是否均衡。原來的棒狀微孔陶瓷擴(kuò)散器在最初的2年運行良好，但到了第3年，一些擴(kuò)散棒的端帽發(fā)生開裂，需要進(jìn)行焊接；一些耐腐塑料墊片出現(xiàn)破損，要用硅膠墊片進(jìn)行更換，并用密封膠作了處理。從1991年開始，一種經(jīng)過改進(jìn)的微孔陶瓷擴(kuò)散器投入使用，克服了原有擴(kuò)散器的缺陷。1997年，另外3套擴(kuò)散器也進(jìn)行了更換。

3.臭氧在水處理過程中的作用

洛杉磯水廠十年的運行經(jīng)驗充分證實，臭氧除了可有效地控制嗅、味與色度和控制消毒副產(chǎn)物以外，臭氧化通過微絮凝和消毒滅菌，在水廠處理工藝中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

·微絮凝作用

與預(yù)加氯比較，臭氧有助于加快絮凝，絮凝時間從20min縮短到10min），相應(yīng)地絮凝池的數(shù)目減少了—半；臭氧能提高濾池過濾速度，過濾速率由22m/h增加到33m/h，相應(yīng)所需過濾裝置的數(shù)目則降低了三分之一；延長了反洗周期之間的過濾裝置運行時間，降低了反洗所需的用水量，減少所需反洗設(shè)備的規(guī)模；臭氧可降低凝聚劑的用量，所需的化學(xué)凝聚劑減少了33%，并且減少了過濾裝置反洗污泥。

·消毒滅菌

在水廠控制賈第蟲和病毒的多道屏障中，臭氧首當(dāng)其沖。根據(jù)美國環(huán)保局地表水處理規(guī)定進(jìn)行測算，臭氧對賈第蟲的平均滅活率達(dá)0.8個數(shù)量級以上。臭氧與后加氯共同作用可以達(dá)到殺滅賈第蟲1個數(shù)量、殺滅病菌3個數(shù)量級。

同時，控制水中顆粒數(shù)量的試驗表明，如果將臭氧關(guān)閉，代之以預(yù)氯化，濾后水中的顆粒數(shù)量將增加5倍。

水中天然有機(jī)物對于供水水質(zhì)有著重要影響，可同化有機(jī)碳（AOC）進(jìn)入管網(wǎng)后可能會造成細(xì)菌的再度繁殖，使水中大腸菌的數(shù)量超過規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。同時，供水能否符合關(guān)于消毒副產(chǎn)物的規(guī)定，原水中的天然有機(jī)物的種類和數(shù)量至關(guān)重要。非腐殖酸類天然有機(jī)物據(jù)認(rèn)為是引起管網(wǎng)中微生物再度繁殖的碳源，生物過濾能夠有效去除這類天然有機(jī)物；臭氧化能夠通過將天然有機(jī)物的大分子，氧化為小分子，減少三鹵甲烷（THMs）和其它消毒副產(chǎn)物的前驅(qū)物；但這些小分子大多易于生物降解，會導(dǎo)致管網(wǎng)中細(xì)菌再度繁殖。因此，將臭氧化和生物過濾結(jié)合有利于發(fā)揮其各自的優(yōu)勢。