臭氧接触池在污水深度处理中的应用

张 荻，张 言

（1.济南市清源水务集团有限公司，山东 济南250011；2.济南市水利工程服务中心，山东 济南250015）

在常温常压下，臭氧是淡蓝色的具有强烈刺激性气体，液态呈深蓝色。空气中臭氧浓度为0.01 ppm时能嗅出，安全浓度为1 ppm，空气中臭氧浓度达到1 000 mg/L时对人即有生命危险。臭氧的标准电极电位为2.07 V，高于氯（1.36 V）与二氧化氯（1.5 V）。自1906年Nice第一次应用臭氧来消毒饮用水以来[1]，由于臭氧本身以及由臭氧生成的羟基自由基具有氧化和消毒净化的功能，臭氧已被广泛应用于饮用水、冷却水、游泳池、污水再生水、工业废水、填埋场渗滤液处理等工程项目。目前，对于臭氧接触池的设计，除了《室外给水设计规范》（GB50013-2006）中针对净水厂臭氧接触有部分要求外，并无专门的技术规范供参考。本文主要谈谈臭氧接触池在污水深度处理去除COD应用中的设计要点。

1 臭氧接触形式

目前臭氧主要的接触形式有二种：微孔曝气和射流。

1.1 微孔曝气

利用微孔曝气的方式使臭氧与水充分接触。为保证接触效率，接触池常分多格，曝气盘间隔设置以利气液反向。这种方式虽然能耗较低，但臭氧传质效率较低，微孔易被堵塞，接触时间要求较长。

微孔曝气接触池可设置4格或6格，分别设置2个或3个臭氧投加点，臭氧投加比例为2∶1或2∶1∶1，有效水深4.0~6.0 m，水力停留时间不小于30 min。臭氧投加量不宜小于4 mgO3/（mgCOD）水。触池的隔墙需设置顶部过气孔和底部过水孔。

1.2 射流

当来水成份复杂，水源中存在的细小颗粒、晶体可能对曝气盘造成堵塞时，可以采用射流方式投加。气体和液体被加压或抽吸顺流通过小空隙完成射流过程，使臭氧与来水充分混合，可部分或全部投加。这种方式接触面积大，传质能力较强，混合好，接触时间和池体小，但能耗较大。

喷射水可以选择源水，也可以选择接触水。可设置多段接触，按臭氧投加比例逐段投加臭氧。小空隙可选择喷嘴或穿孔管。射流方式对水深要求不高，水力停留时间和臭氧投加量可适当小于微孔方式。为节约空间射流泵置于池顶时，吸水管应加设底阀。

1.3 其他方式

除了微孔曝气和射流，还有鼓泡塔、填料塔等多种方式，均是由微孔曝气或射流发展而来。这些方式还可根据各自水质情况添加特定的功能填料，使接触和传质更加均匀，处理效果更好。

2 尾气破坏

臭氧属于危险品，空气中臭氧浓度为0.01 ppm时能嗅出，安全浓度为1 ppm，空气中臭氧浓度达到1 000 mg/L时对人即有生命危险。臭氧接触池可设置尾气破坏器对接触池剩余尾气进行无害化处理。

目前工程中常用的尾气破坏器大多采用加热法和催化剂法。

2.1 加热法

加热发有单通道加热和热交换器加热两种。单通道加热臭氧加热到350℃，在1～2 s内便可100%分解，但能耗约130~170 W·h/m3尾气。热交换器加热是单通道法的改进，能耗约85 W·h/m3尾气。加热法的优点是安全可靠，维护简单，但增加了部分设备投资和运行能耗。

2.2 催化剂法

利用催化剃对臭氧尾气进行分解破坏，目前使用的催化剂多与钯有关，氧化锰和氧化镍也是常用的催化剂。催化剂法的优点是设备投资和运行能耗比高温加热法低（5~10 h/m3）；缺点是处理效果受水质(如硫化物、卤素)、环境质量、尾气的含水率、催化剂的使用年限等因素影响，安全稳定性比高温加热法差，且催化剂需要定期更换。目前国外及国内主要臭氧厂商尾破装置均采用催化法。

目前欧美、日本等发达国家规定工作环境容许臭氧浓度为0.1 ppm；前苏联规定为0.000 1 ppm，我国卫生部《工业卫生标准》规定臭氧安全标准为0.15 ppm[2]。根据《室外给水设计标准》（GB 50013-2018）标准9.9.4条，经尾气消除装置处理后排入空气中的气体所含臭氧浓度小于0.1μg/L（0.000 1 ppm），此标准可能参考苏联标准。鉴于目前国内外各主要厂商生产的臭氧泄漏检测/臭氧尾气检测范围大多为0.1~0.4 ppm，同时结合卫生部标准，可确定臭氧尾气破坏器尾气处理标准应为0.1 ppm，《室外给水设计标准》（GB 50013-2018）中条文说明应相应修改。尾气破坏器处理气量按照气源气量确定。

3 呼吸阀

由于臭氧接触池为密闭结构，池内气体在个别情况下容易出现正压和负压，会影响水流水头，导致上下游水流不畅甚至池体溢水等现象。呼吸阀可根据实际工艺情况确定呼气和吸气压力，以保持池内气体压力正常。

呼吸阀目前多用于闪点低于28℃的甲类油品和闪点低于60℃的乙类油品，如汽油、轻柴油等油品及化工产品的储罐上[3]。由于目前没有混凝土池体专用呼吸阀的行业规定，呼吸阀尺寸可参照石油天然气行业《石油储罐呼吸阀》6.5条：由生产厂家通过试验和计算提供流量区降曲线，或提供规定通气量下的相应区降值综合确定[4]。

4 氧接触池

4.1 池体

池体钢筋层保护厚度不小于40 mm，裂缝宽度不能大于0.1 mm，所有的缺陷（包括连接部分）必须采取密封补救措施。

4.2 池内管道

池内管道须采用316 L。钢管安装前用99.8%的乙醇溶液浸泡管道不少于15 min，以脱脂。焊接时须采用双面惰性气体保护（一般使用氩气，纯度不低于99.96%），焊工须持证上岗。管道焊缝根部表面平滑，不发黑。所有不锈钢管道焊缝的都应进行无损探伤（X射线或γ射线探伤），焊缝质量应符合《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》（GB50236-2011）的Ⅲ级以上（含Ⅲ级）焊缝标准。管道敷设完毕后分别用压缩空气、氮气、氧气对管道进行吹扫。

4.3 池体气密性实验

臭氧接触池需进行气密性实验。由于目前没有专门针对臭氧接触池的气密性实验标准，工程中可参考（GB50141-2008）《给水排水构筑物施工及验收规范》附录二进行气密实验。

气密性实验压力可选择为0.5 MPa，24 h不用超过实验压力的20%。

5 结语

臭氧由于具有强氧化性、助燃、有毒性，在工程设计、施工及管理维护中应格外重视，必须严格按照国家的相关标准规范执行。在日常的运行管理维护中，应严格按照相关工艺流程开展工作。除了加强员工技能、知识培训，熟练掌握操作流程外，还应制定相关应急处理手则，将安全生产贯彻到生产中的每一个细节。