【摘 要】當(dāng)前凈水廠給水在深度處理工藝中大量使用臭氧處理系統(tǒng)，為了使得凈水廠臭氧處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加科學(xué)、合理，本文就結(jié)合某自來水廠臭氧處理系統(tǒng)實(shí)際建設(shè)和設(shè)計(jì)，對(duì)臭氧系統(tǒng)中臭氧氣源生產(chǎn)、發(fā)生系統(tǒng)、具體接觸反應(yīng)及尾氣處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行敘述，以期能夠?yàn)橄嚓P(guān)工作者提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】凈水廠；臭氧處理系統(tǒng)；接觸反應(yīng)

隨著當(dāng)前我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，人們?nèi)找嬷匾暽钏降奶岣呒敖】禇l件的改善，而飲用水作為衡量生活水平的關(guān)鍵指數(shù)，其加工過程中僅僅采用絮凝、沉淀、過濾及消毒等工藝已經(jīng)很難滿足人們對(duì)水質(zhì)的要求，因此有必要對(duì)水質(zhì)進(jìn)行深度處理，并且如臭氧氧化加活性炭過濾等深度處理工藝已經(jīng)在我國很多地區(qū)得以實(shí)施，而整個(gè)臭氧系統(tǒng)的設(shè)計(jì)合理與否，直接關(guān)系著凈水廠運(yùn)行成本及凈水效果。

1.臭氧處理系統(tǒng)原理及作用

臭氧在自來水廠凈化工藝中主要作用包括預(yù)氧化與主氧化。對(duì)于預(yù)氧化來說，臭氧處理主要表現(xiàn)在將水中的一些異味、色度以及水中含有藻類、鐵錳等重金屬處理，進(jìn)而使得水中含有的膠體微粒失穩(wěn)，有效提高絮凝效果，避免混凝劑加入量，并且預(yù)氧化，還能將THM等物質(zhì)母體物除去，大幅度減少“三致”物質(zhì)在水中的含量，另外先期的臭氧預(yù)處理還能將水中含有的大分子有機(jī)物氧化，進(jìn)而使得這些大分子有機(jī)物變?yōu)樾》肿佑袡C(jī)物，而對(duì)于無機(jī)物質(zhì)的氧化主要包括一些碳化物、氰化物、硝化物等。而對(duì)于主氧化來說，通常要和活性炭共同使用，其主要用于消滅病毒和細(xì)菌，氧化水中的苯酚、清潔劑、殺蟲劑等有機(jī)物，并除去水中的DOC；氧化分解如NTA、EDTA等螯合物。

另外對(duì)整個(gè)臭氧處理系統(tǒng)來說，臭氧的加入濃度、臭氧加入量、接觸反應(yīng)時(shí)間及水中的轉(zhuǎn)移效率等工藝參數(shù)對(duì)自來水深度處理來說至關(guān)重要，通常情況下，前臭氧接觸時(shí)間一般控制在3分鐘作用，而加入臭氧量應(yīng)該控制在1mg/L作用，而后臭氧接觸時(shí)間應(yīng)該要超過10分鐘，并且加入量應(yīng)該控制在2mg/L左右。另外對(duì)于水中的剩余臭氧，其濃度應(yīng)該控制在0.3mg/L，保證整個(gè)臭氧轉(zhuǎn)移效率超過95%。

2.凈水廠臭氧處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在凈水廠整個(gè)凈化環(huán)節(jié)過程中，臭氧系統(tǒng)主要包括臭氧源生產(chǎn)；發(fā)生系統(tǒng)；具體接觸反應(yīng)及尾氣處理等幾部分共同組成。

2.1臭氧氣源的生產(chǎn)

對(duì)于臭氧氣源的生產(chǎn)可以使用氣態(tài)氧、液態(tài)氧或干燥空氣等：（1）使用氣態(tài)氧制造。使用氣態(tài)氧制臭氧在設(shè)備的投資上要比使用空氣制臭氧的投資低，但是要比使用液態(tài)氧制臭氧的投資高。所制成的臭氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)也通常能夠達(dá)到18%，或者更高一些。并且通常每生產(chǎn)一千克臭氧耗電在12-13KW·h之間，另外氣態(tài)氧通常要使用真空變壓吸附技術(shù)來制造。該技術(shù)通過分子篩將空氣中的氮?dú)夂Y選吸附，而讓其中的氧氣順利通過，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣的氮氧分離，然后當(dāng)分子篩達(dá)到飽和之后，再采用變壓處理，使得分子篩當(dāng)中的氮?dú)饷撀溥M(jìn)而實(shí)現(xiàn)再生，接著重復(fù)循環(huán)上述操作。而這樣的氣態(tài)氧氣制備，通常情況下氧氣體積分?jǐn)?shù)能夠保證在85%-93%之間，而生產(chǎn)一千克臭氧則通常要耗電0.3-0.4kW·h。而利用氣態(tài)氧氣進(jìn)行臭氧制造，經(jīng)驗(yàn)表明，所生產(chǎn)的氧氣體積分?jǐn)?shù)大約在95%以上，而氮?dú)怏w積分?jǐn)?shù)則在5%以下，整個(gè)臭氧發(fā)生器中臭氧生產(chǎn)率較高[1]。（2）使用空氣制臭氧。使用空氣制臭氧，臭氧發(fā)生設(shè)備所需資金較高，并且其實(shí)際運(yùn)行過程所需電耗多，所制臭氧含量與產(chǎn)量均很低，通常情況下，使用空氣制臭氧，臭氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅僅能達(dá)到4%左右，每生產(chǎn)一千克臭氧所需耗電量在10-13kW·h。（3）使用液態(tài)氧制臭氧。使用液態(tài)氧進(jìn)行臭氧制備，臭氧發(fā)生設(shè)備投資相對(duì)前兩者較低，并且實(shí)際運(yùn)行過程中電耗也很低，而制成的臭氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)能達(dá)到18%以上，通常情況下，每生產(chǎn)一千克臭氧所需耗電大約在10-13kW·h。但是因?yàn)橐簯B(tài)氧氣很難自行生產(chǎn)，大多要求外購，因此臭氧制造總成本必然隨著市場上液態(tài)氧氣的價(jià)格變化而發(fā)生變化。通過對(duì)三種方式的比較，該自來水廠最終確定使用真空變壓吸附技術(shù)來進(jìn)行現(xiàn)場制氧，并且還設(shè)計(jì)應(yīng)用一套備用的液氧備用系統(tǒng)。

2.2發(fā)生系統(tǒng)

對(duì)于臭氧來說，它是氧分子在高壓放電區(qū)內(nèi)，遭受高電位電廠電離進(jìn)行生產(chǎn)氧原子，而這些氧原子又和氧分子相互結(jié)合，最終形成臭氧。而整個(gè)臭氧處理系統(tǒng)中臭氧發(fā)生器是其中的核心設(shè)備，通常情況下，隨著供氣壓力增高臭氧發(fā)生器當(dāng)中臭氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)與臭氧產(chǎn)量會(huì)降低，而經(jīng)過大量試驗(yàn)證明，臭氧發(fā)生器最佳供氣壓力應(yīng)該保持在0.13MPa左右。而當(dāng)前我國自來水廠使用的臭氧發(fā)生器大多來源于國外進(jìn)口，僅僅有少量是國內(nèi)生產(chǎn)。對(duì)于臭氧發(fā)生器來說，其管道使用不銹鋼材質(zhì)，管道接觸大多為臭氧、氧氣和空氣，因此必須要采用材質(zhì)較好的工業(yè)管道。另外因?yàn)槌粞鹾脱鯕饩哂懈呶ｋU(xiǎn)性，因此實(shí)際生產(chǎn)過程中必須要保證管道不得泄露，管道中也不能出現(xiàn)一些油脂、纖維及顆粒，因此系統(tǒng)管道必須要保證清潔和密封。該自來水廠一共設(shè)計(jì)安裝有3臺(tái)臭氧發(fā)生器，正常生產(chǎn)量為140kg/h，所生產(chǎn)的臭氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)要高于10%，使用的冷卻水水溫通常保證在30℃以下。整個(gè)管道整體使用無縫焊接，并且利用X光無損探傷對(duì)焊縫進(jìn)行了檢測，在整個(gè)安裝之前使用了濃度為99.8的乙醇對(duì)管道浸泡了15分鐘以上，以保證實(shí)現(xiàn)管道脫脂。最后臭氧發(fā)生器實(shí)際使用過程中，備用率保證超過30%，備用通常為設(shè)備軟備用和硬備用兩種形式。

2.3具體接觸反應(yīng)

對(duì)于自來水深度處理來說，接觸反應(yīng)是整個(gè)生產(chǎn)的又一核心，其作用是將已經(jīng)生產(chǎn)好的臭氧氣體擴(kuò)散至要處理的水中，并保證其能夠可靠穩(wěn)定的完成反應(yīng)。整個(gè)反應(yīng)過程中，為了確保待處理水和臭氧反應(yīng)效果更好，臭氧擴(kuò)散一般使用射流曝氣或微孔曝氣等形式，而因?yàn)槌粞跹趸院軓?qiáng)，又會(huì)和水中錳、鐵離子結(jié)合形成氧化沉淀物，這些沉淀物又極容易將曝氣頭微孔堵塞，并且如果這些待處理水中含有一些藻類，藻類含量較高也可能影響曝氣頭的正常工作[2]。因此為了有效保證曝氣頭工作，減少維修，該自來水廠臭氧接觸反應(yīng)使用射流曝氣，并配和攪拌器，保證了臭氧和水的較好反應(yīng)。

2.4尾氣處理

臭氧作為一種淡藍(lán)色強(qiáng)刺激氣味氣體，通常情況下空氣中臭氧質(zhì)量濃度在0.15mg/m3時(shí)就能直接嗅出，而我國規(guī)定的排放限值為0.12 ～0.20mg/m3，而臭氧在常溫情況下，大約20分鐘就會(huì)分解消失，因?yàn)槭艿綌U(kuò)散裝置及水質(zhì)影響，實(shí)際接觸池臭氧反應(yīng)很難全部吸收，因此排出的尾氣中必然會(huì)存在一定的剩余臭氧，由于吸入臭氧對(duì)人體會(huì)造成一定危害，并且還會(huì)污染環(huán)境，因此必須要對(duì)排除的臭氧尾氣進(jìn)行處理，而通常使用的方法有催化劑法和高溫加熱法。而在該自來水廠配備了兩臺(tái)加熱型臭氧尾氣處理器，一臺(tái)正常使用，一臺(tái)備用，保證了排放到大氣中的臭氧濃度符合排放標(biāo)準(zhǔn)。

3.結(jié)語

總而言之，對(duì)于自來水廠臭氧處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及建設(shè)，首先應(yīng)該結(jié)合本長實(shí)際用戶需求、經(jīng)濟(jì)條件等情況，其次在臭氧處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，必須要重點(diǎn)做好臭氧氧氣源制備、接觸反應(yīng)系統(tǒng)及尾氣處理等核心設(shè)計(jì)，最終保證自來水廠臭氧處理設(shè)備的在經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益等方面實(shí)現(xiàn)共贏。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]徐新華，趙偉榮.水與廢水的臭氧處理[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013，（08）：12-13.

[2]聶梅生.水工業(yè)工程設(shè)計(jì)手冊(cè)（水資源及給水處理）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011，（07）：45-46.