鄭喜武

摘 要：隨著科技的發(fā)展進(jìn)步，人民的生活水平逐漸提高，在全國(guó)各地建設(shè)了大量的自來水水廠。但是環(huán)境污染日益嚴(yán)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(duì)臭氧消毒工藝在潼湖水廠的應(yīng)用進(jìn)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(hào)：TV67 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(lán)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(qiáng)（僅次于氟），能氧化大部分有機(jī)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(kuò)散方式，臭氧對(duì)水的傳質(zhì)系數(shù)可達(dá)90%以上。

臭氧極不穩(wěn)定，會(huì)分解成氧氣，同時(shí)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?？?，半衰期一般為5 min到10 min左右。

臭氧不易儲(chǔ)存，穩(wěn)定性非常差，所以只能現(xiàn)場(chǎng)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(huì)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(qiáng)氧化性，達(dá)到如下目的。

（1）與有機(jī)物反應(yīng)。

（2）對(duì)C=C鍵有極強(qiáng)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(jī)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(jī)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(xì)菌、病毒、原生動(dòng)物等。

（13）無三鹵代物等副產(chǎn)物生成。

（14）增強(qiáng)對(duì)有機(jī)物的去除效果。

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

（15）增強(qiáng)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(jí)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(yùn)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?；钚蕴窟M(jìn)行過濾處理。

臭氧消毒?；葜蒌畯S臭氧系統(tǒng)由主要有4個(gè)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(gè)主要種類：（1）成品液態(tài)純凈氧氣；（2）現(xiàn)場(chǎng)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(shí)，就會(huì)采用現(xiàn)場(chǎng)制備方式。對(duì)臭氧濃度要求不高時(shí)，會(huì)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(jìn)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(shí)，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(shí)，臭氧產(chǎn)量會(huì)增加，氣體壓力和冷卻水溫度增高時(shí)，臭氧產(chǎn)量會(huì)大量降低。通過實(shí)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(yùn)用臭氧接觸池，接觸器的形式與接觸時(shí)間根據(jù)臭氧產(chǎn)量目標(biāo)而定。潼湖水廠主要運(yùn)用的是預(yù)臭氧接觸池，其接觸形式是水射器擴(kuò)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(qiáng)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(dòng)物）。

（2）氧化有機(jī)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(jī)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?？紤]到水廠運(yùn)營(yíng)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(shí)，由于有機(jī)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(huì)產(chǎn)生許多對(duì)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(duì)“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(biāo)準(zhǔn)提高的要求。為保證水廠處理工藝對(duì)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(biāo)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(duì)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(shí)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(jī)物質(zhì)，為活性炭過濾池的物理凈化功能降低有機(jī)負(fù)荷。利用臭氧氧化可以把水中難以溶解的大分子有機(jī)物降解為小分子有機(jī)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(zhǔn)備，使凈化更加充分，提高過濾效率。臭氧和水接觸后會(huì)生產(chǎn)氧氣，促進(jìn)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(yùn)用臭氧分解水中的有機(jī)化合物，不僅提高了凈化過濾效率，而且延長(zhǎng)了活性炭的使用周期。

臭氧處理水體中的有機(jī)化合物后，活性炭將進(jìn)行這樣幾個(gè)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(huì)主動(dòng)講解水中的小分子化合物。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用活性炭?jī)艋芙?，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(shí)快速講解這些小分子有機(jī)物，隨著吸附凈化時(shí)間增加，活性炭的有機(jī)物負(fù)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(huì)逐漸達(dá)到平衡。所以前期必須進(jìn)行臭氧處理，延長(zhǎng)活性炭的使用時(shí)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(gè)互補(bǔ)的作用，當(dāng)臭氧和有機(jī)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(huì)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(zhǎng)，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(jì)效益，凈化不夠完全?；钚蕴?jī)艋?，可以改善水質(zhì)顏色和氣味。

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