臭氧在自來水廠深度處理中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

郭盛

青島昌陽建筑工程有限公司 山東青島 266600

水是生命之源，水品質(zhì)的高低關(guān)系到人們的生活質(zhì)量。隨著現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們的生活水平越來越高，人們對(duì)水質(zhì)的關(guān)注度也越來越高。而城市水資源在輸送前會(huì)經(jīng)過一系列的處理環(huán)節(jié)，其處理效果的好壞直接關(guān)系到水品質(zhì)的高低。長(zhǎng)期以來，我國(guó)的城市用水在經(jīng)過傳統(tǒng)給水處理方式處理以后，還存在一定的問題，因此必須要加強(qiáng)對(duì)相關(guān)技術(shù)的改進(jìn)和完善。

1 臭氧工藝概述

首先活性炭有著一定的吸附功能，也可以吸附被氧化反應(yīng)出現(xiàn)低分子量碳氧化物以及原水中的物質(zhì)，同時(shí)也可以阻止臭氧跑出反應(yīng)池。第二臭氧也可以是活性炭中好氧菌創(chuàng)造生存的養(yǎng)料以及相關(guān)環(huán)境，臭氧可以提供供養(yǎng)，也會(huì)被活性炭吸附的有機(jī)物來提供一定的養(yǎng)分，好氧菌對(duì)于碳氧化物的分解可以是一種生物降解。

2 存在問題

臭氧產(chǎn)生的效率低，制備臭氧的成本高。臭氧的利用率偏低，使利用臭氧技術(shù)進(jìn)行水處理的運(yùn)行費(fèi)用較高。臭氧水處理設(shè)備復(fù)雜，操作與維修存在一定困難。

臭氧對(duì)有機(jī)物的氧化有選擇性，而且對(duì)有機(jī)物氧化不完全，例如對(duì)人工合成的有機(jī)物環(huán)氧七氯、氯丹等沒有效果。臭氧氧化雖然不會(huì)產(chǎn)生三鹵甲烷、鹵乙酸等副產(chǎn)物前體物，但在臭氧作用下產(chǎn)生的某些中間產(chǎn)物可能具有毒性。利用活性炭和零價(jià)鐵粉可以較有效去除溴酸鹽，UV/TiO2對(duì)溴酸鹽的去除效果更好。目前比較理想的臭氧/活性炭技術(shù)對(duì)水中生物可同化有機(jī)碳的去除效果一般，還可能使有機(jī)物的可生化性增加，產(chǎn)生生物安全問題。

3 臭氧系統(tǒng)設(shè)計(jì)

臭氧消毒技術(shù)也是在現(xiàn)代快速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的一種新型給水處理手段，該技術(shù)可以在較短的時(shí)間內(nèi)將水資源中的細(xì)菌、雜質(zhì)等有害物質(zhì)處理掉，同時(shí)不會(huì)改變水資源原有的氣味以及顏色，臭氧消毒技術(shù)的應(yīng)用能夠有效提升城市給水的處理速度，改善城市水資源的品質(zhì)，是現(xiàn)代非常常用的一種深度水處理技術(shù)。

3.1 臭氧發(fā)生器

臭氧發(fā)生器工作主要是基于無聲放電的原理，即含有氧氣的氣體通過發(fā)生器罐體內(nèi)的電介質(zhì)與接地極之間的放電間隙時(shí)，部分氧氣被高壓電離形成臭氧。本工程臭氧系統(tǒng)設(shè)計(jì)水量為15000m3/d，臭氧發(fā)生器在冷卻水溫度20℃，臭氧濃度10%的情況下，產(chǎn)量可達(dá)25kg/h，放電管單位時(shí)間臭氧產(chǎn)量可達(dá)220-250g/h，臭氧發(fā)生器配置兩臺(tái)，正常2臺(tái)同時(shí)運(yùn)行，當(dāng)其中一臺(tái)發(fā)生故障或者檢修時(shí)另外一臺(tái)可降低臭氧濃度，臭氧產(chǎn)量可達(dá)28.5kg/h。臭氧發(fā)生器的功率因素正常不低于0.99，可保證臭氧發(fā)生器24h連續(xù)運(yùn)行，臭氧發(fā)生器能臭氧濃度在6-14%之間，臭氧產(chǎn)量在10-100%之間可調(diào)節(jié)，工作壓力在120kPa左右；同時(shí)臭氧發(fā)生器配備必要的儀表及安全閥等裝置，確保整個(gè)系統(tǒng)能安全可靠的運(yùn)行[1]。

3.2 氣源系統(tǒng)

原料氣的質(zhì)量對(duì)臭氧產(chǎn)量、制備效率及成本有著很大的影響。臭氧發(fā)生器的氣源主要是空氣和氧氣，氧氣可以由液氧經(jīng)過蒸發(fā)器產(chǎn)生，氣源品質(zhì)高，氧氣純度可達(dá)99%以上，產(chǎn)臭氧濃度可達(dá)10%以上，且投資較低；氧氣還可通過制氧機(jī)來獲得，氧氣純度在90%左右，投資較高，制備系統(tǒng)及運(yùn)行也較復(fù)雜；空氣則是采用壓縮機(jī)來制備，得到的氧氣純度最低，產(chǎn)臭氧濃度也較低，一般在3%左右，而且設(shè)備投資也較大。本工程臭氧發(fā)生器氣源采用液氧制備，液氧經(jīng)蒸發(fā)器后產(chǎn)生的氧氣經(jīng)過氧氣顆粒過濾器及減壓閥后，進(jìn)入臭氧發(fā)生器，氧氣露點(diǎn)溫度需達(dá)到-65℃，氣體壓力在120kPa左右，滿足臭氧發(fā)生器正常所需氣源條件。同時(shí)系統(tǒng)配置一套氮?dú)馔都酉到y(tǒng)，氮?dú)庥蓧嚎s機(jī)產(chǎn)生經(jīng)過濾凈化后投加到氧氣管道中，氮?dú)庾鳛榇呋瘎?，可以提高臭氧制備效率，?jié)約氧氣的消耗，正常運(yùn)行時(shí)向氧氣源加入很少的氮?dú)饧纯蓾M足需求，約為氧氣量的1%，氮?dú)饬康耐都恿吭降?，放電管壁就越不易生成氮氧化物，這樣能確保臭氧發(fā)生器高效、穩(wěn)定的運(yùn)行[2]。

3.3 催化臭氧氧化

催化臭氧氧化與其它臭氧高級(jí)氧化技術(shù)相同，也是利用反應(yīng)中產(chǎn)生大量·OH來提高氧化能力，去除水中有機(jī)物。催化臭氧氧化技術(shù)可以分為兩類：一類是利用金屬離子作為催化劑的均相催化臭氧氧化，另一類是利用固態(tài)金屬、金屬氧化物等作為催化劑的非均相催化臭氧氧化[3]。

Kasprzyk-HordernB等的研究表明，使用氧化鋁做催化劑進(jìn)行催化臭氧氧化的技術(shù)，可以使原水中天然有機(jī)物的去除率比單獨(dú)應(yīng)用臭氧氧化技術(shù)有較大程度的提高，同時(shí)主要的氧化副產(chǎn)物以及可生物降解可溶性有機(jī)碳的生成量也有很大程度的降低。ZhangT等使用合成鐵礦和二氧化鈰作為催化劑，采用催化臭氧氧化技術(shù)對(duì)原水中天然有機(jī)物的去除效果較好，催化劑可以加速天然有機(jī)物中類腐殖質(zhì)結(jié)構(gòu)的分解，并且催化臭氧氧化對(duì)所有天然有機(jī)物中的多環(huán)芳香結(jié)構(gòu)降解有促進(jìn)作用，這是因?yàn)樗梢园延H水酸組分轉(zhuǎn)化為低芳香性、低分子量的副產(chǎn)物。

4 結(jié)語

綜上所述，水資源在現(xiàn)代城市發(fā)展的過程中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，水資源的品質(zhì)直接關(guān)系到人們的生活質(zhì)量，也會(huì)對(duì)人們的身心健康產(chǎn)生重大影響。城市傳統(tǒng)給水處理技術(shù)存在較多的問題，為了提高城市水資源品質(zhì)，加強(qiáng)水資源的利用效率，需要結(jié)合現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段，創(chuàng)造出更加優(yōu)秀的城市污水處理技術(shù)，推動(dòng)水資源的循環(huán)再利用。