臭氧消毒工艺在潼湖水厂的应用

郑喜武

摘 要：随着科技的发展进步，人民的生活水平逐渐提高，在全国各地建设了大量的自来水水厂。但是环境污染日益严重，水质问题成为了主要民生问题，工厂的建设导致污水废水随意排放，生活用水中混入了大量污染物质，所以水厂的首要任务就是解决生活用水质量。臭氧具备非常好的溶解、净化、消毒能力，提高了水厂净水工作的效率。该文主要针对臭氧消毒工艺在潼湖水厂的应用进行了深入分析，阐述了臭氧消毒工艺在自来水生产中的作用。

关键词：臭氧 消毒工艺 水厂

中图分类号：TV67 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）02（a）-0029-02

1 臭氧的基本性能

臭氧（O3）是氧气（O2）的同素异形体，纯净的臭氧常温常压下为蓝色气体，密度为2.143 kg/m3，与空气的密度比1.657。臭氧是一种具有刺激性气味的有毒气体，人在臭氧环境中的允许浓度值为0.1 PPm。在水中，臭氧的氧化还原电位比氯高50%，臭氧的氧化能力非常强（仅次于氟），能氧化大部分有机物，能腐蚀金属。臭氧在水中的溶解度大于氧气，采用一定的扩散方式，臭氧对水的传质系数可达90%以上。

臭氧极不稳定，会分解成氧气，同时放出大量的热量。臭氧在空气中分解消失的半衰期为12 h，臭氧的分解速度在水中非常快，半衰期一般为5 min到10 min左右。

臭氧不易储存，稳定性非常差，所以只能现场制作使用。臭氧可通过氧气制得，其热化学反应方程式如下：3O2→2O3-288.9kJ。工业用臭氧制备一般采用无声放电法：用料气（氧气或空气）通过放电管间隙，气流中的一部分氧气在高电压作用下激发氧原子，氧原子和其他氧气生成臭氧氧化物。在氧化作用下，放电期间会产生很多热量，从而导致分解速度加快，而影响产量，必须采取适当的冷却措施。

2 臭氧在自来水生产过程中的作用

从上述臭氧的物化性质可以看出，在水厂中采用臭氧主要是应用了臭氧的强氧化性，达到如下目的。

（1）与有机物反应。

（2）对C=C键有极强的选择氧化性。

（3）芳香族和不饱和脂肪族化合物易被氧化。

（4）氧化有机N、S化合物。

（5）将不可生物降解的COD（化学需氧量）转化为BOD（生化需氧量）。

（6）与无机物反应。

（7）铁、锰。

（8）硫化物。

（9）亚硝酸盐。

（10）氰化物。

（11）脱色、去味、除嗅。

（12）消毒：杀灭细菌、病毒、原生动物等。

（13）无三卤代物等副产物生成。

（14）增强对有机物的去除效果。

经臭氧部分氧化后，可增强对有机物的去除效果，如：洗涤剂、酚类、杀虫剂、螯合剂，以及其他对环境有害的化学物质。

（15）增强澄清效果。

破坏胶体物质的稳定状态，减少絮凝剂/助凝剂的使用量，并减少分离设备的规模。

（16）高级氧化：可生成羟基自由基。

3 潼湖水厂臭氧系统

3.1 臭氧系统的工艺

液氧罐气化装置臭氧发生间预臭氧后臭氧（主要臭氧化合物）、翻板臭氧活性炭池。

3.2 臭氧系统的主要成分

臭氧的运用工艺形式有这样几种：（1）臭氧化合物的预备；（2）把臭氧化合物用颗粒活性炭进行过滤处理。

臭氧消毒。惠州潼湖水厂臭氧系统由主要有4个组成部分：（1）气源系统；（2）臭氧生成系统；（3）臭氧接触系统；（4）尾气破坏系统。

气源有3个主要种类：（1）成品液态纯净氧气；（2）现场直接加工空气制成的液态纯净氧气；（3）空气液化氧。潼湖水厂为了节省能源损耗，提高臭氧化合物的浓度，减少设备的使用率，一般采用成品液态氧，当需要的臭氧产量过大时，就会采用现场制备方式。对臭氧浓度要求不高时，会直接采用空气液化氧。

臭氧生成器是生产臭氧的主要设备，潼湖水厂生产臭氧使用的是瑞士奥宗尼亚（OZONIA）进口的管式发生器。放电电压和频率是影响臭氧产量和浓度的重要原因，当气体压力和冷却水温度发生变化时，也可能影响臭氧生成器的臭氧产量。当放电电压和频率增高时，臭氧产量会增加，气体压力和冷却水温度增高时，臭氧产量会大量降低。通过实践论证，放电电压最合适的段位为3 000～4 000 V，放电频率为800～1 000 Hz，气体压力为0.3～0.7 MPa，冷却水最合适的温度要低于30℃。

臭氧接触的过程是采用特定的设备和方式把臭氧气体投入到液体中，让臭氧气体和液体接触，融入液体中，发生化学反应，产生液态臭氧。臭氧接触反应主要是运用臭氧接触池，接触器的形式与接触时间根据臭氧产量目标而定。潼湖水厂主要运用的是预臭氧接触池，其接触形式是水射器扩散接触形式。

预臭氧的主要作用如下。

（1）氧化溶解的铁、锰离子。

（2）增强絮凝效果。

（3）减少三卤甲烷。

（4）减少三卤甲烷的前提物质。

（5）氧化氰化物，硫化物，亚硝酸盐。

后臭氧的主要作用如下。

（1）消毒（灭活病毒和原生动物）。

（2）氧化有机物质：酚类、清洁剂、杀虫剂。

（3）脱色、脱味、脱嗅。

（4）将COD转化为BOD。

（5）结合生物滤池去除DOC（溶解有机碳）。

（6）节约管网残留余氯药剂的使用量。

尾气破坏系统主要是为了收集无用的剩余臭氧尾气，并且通过人为方式把这些尾气分解成安全、无害的氧气。尾气破坏的方法有这样两种：（1）化学物接触反应法；（2）加热增温分解法。考虑到水厂运营成本，潼湖水厂采用了化学接触媒法。

4 臭氧-活性炭工艺在潼湖水厂的应用

潼湖水厂取水口处东江源水为微污染水，目前的净水工艺无法去除水中的溶解物质。同时，由于有机污染物的存在，自来水易产生令人不愉快的生物臭；在氯化消毒过程中还会产生许多对人体健康具危害性的氯化消毒副产物——“三致物质”（致癌、致突、致畸物质），常规处理工艺对“三致”物质基本不能去除。常规水处理工艺已不适应目前的自来水水质标准提高的要求。为保证水厂处理工艺对原水水质的适应性及出厂水水质满足相应的供水水质目标的要求，确定潼湖水厂净水工艺为常规处理+深度处理工艺。深度处理常见的工艺流程有三种，即生物预处理+常规处理工艺、常规处理+GAC（粒状活性炭吸附）深度处理工艺以及预臭氧+常规处理+O3BAC（臭氧生物活性炭过滤）深度处理工艺，经过对三种工艺的多方比较，最后潼湖水厂确定使用预臭氧+常规处理+活性炭过滤工艺。

臭氧的活性炭工艺主要是利用臭氧的氧化特性实现消毒、灭菌的过程，臭氧和活性炭结合，更能有效讲解水中的溶解化学物质。这种工艺和传统净水工艺之间存在很大的区别，它主要是通过臭氧氧化替换传统的氯化过程，在快滤池之后布置了活性炭滤池，起到二次过滤的作用。首先通过臭氧预氧化的功能，分解水体中存在的化合物质及其他的污染物质，降低水中的化学有机物质，为活性炭过滤池的物理净化功能降低有机负荷。利用臭氧氧化可以把水中难以溶解的大分子有机物降解为小分子有机物，使化合物质的可吸附性提高，为活性炭的吸附净化做准备，使净化更加充分，提高过滤效率。臭氧和水接触后会生产氧气，促进了好氧微生物的繁殖，为他们的繁殖提供了氧气养料，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。运用臭氧分解水中的有机化合物，不仅提高了净化过滤效率，而且延长了活性炭的使用周期。

臭氧处理水体中的有机化合物后，活性炭将进行这样几个步骤净化水质：（1）通过炭层和水体接触，可以破坏水中剩余的臭氧气体；（2）活性炭可以吸附水中残留的小分子化合物和臭氧产物；（3）活性炭表层的好氧微生物会主动讲解水中的小分子化合物。根据研究发现，运用活性炭净化溶解，可以起到快速吸附、降解的作用。活性炭的吸附容量非常大，能够吸附大量的小分子微生物，同时快速讲解这些小分子有机物，随着吸附净化时间增加，活性炭的有机物负荷逐渐增加，从而减少吸附容量，降低吸附效率，慢速吸附成为主要过程，生物吸附之间会逐渐达到平衡。所以前期必须进行臭氧处理，延长活性炭的使用时间。

在净化处理水质的过程中，臭氧和活性炭结合使用能够起到一个互补的作用，当臭氧和有机物发生反应是，可以破坏化合物的链接键，从而产生酮和醛物质，这两种物质是水中微生物的主要食料，如果不去除这些主要养料，会在水中滋生大量的微生物。所以，活性炭的作用就是溶解这些产物，降解微生物的生存环境。还有另一种手段可以避免微生物的生长，就是在水中投入氧化剂物质，例如：氯气，但是没有活性炭池的话，需要的投入量非常多，成本非常高，缺少经济效益，净化不够完全。活性炭净化之后，可以改善水质颜色和气味。

参考文献

[1] 田雨.次氯酸钠消毒工艺在再生水厂的应用[J].城镇供水，2013（3）：19-23，77.

[2] 张建国.臭氧-活性炭深度处理水厂工程介绍[J].施工技术，2012（S1）：355-357.

[3] 李艳萍，高金华.改良A/A/O与超滤组合工艺在沙河再生水厂的应用[J].净水技术，2011（3）：51-54.