臭氧在自來水廠深度處理中的設計與應用

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，水品質的高低關系到人們的生活質量。隨著現代社會經濟的不斷發展，人們的生活水平越來越高，人們對水質的關注度也越來越高。而城市水資源在輸送前會經過一系列的處理環節，其處理效果的好壞直接關系到水品質的高低。長期以來，我國的城市用水在經過傳統給水處理方式處理以后，還存在一定的問題，因此必須要加強對相關技術的改進和完善。

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出現低分子量碳氧化物以及原水中的物質，同時也可以阻止臭氧跑出反應池。第二臭氧也可以是活性炭中好氧菌創造生存的養料以及相關環境，臭氧可以提供供養，也會被活性炭吸附的有機物來提供一定的養分，好氧菌對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，使利用臭氧技術進行水處理的運行費用較高。臭氧水處理設備復雜，操作與維修存在一定困難。

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

3 臭氧系統設計

臭氧消毒技術也是在現代快速發展的科學技術的基礎上產生的一種新型給水處理手段，該技術可以在較短的時間內將水資源中的細菌、雜質等有害物質處理掉，同時不會改變水資源原有的氣味以及顏色，臭氧消毒技術的應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，是現代非常常用的一種深度水處理技術。

3.1 臭氧發生器

臭氧發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生器罐體內的電介質與接地極之間的放電間隙時，部分氧氣被高壓電離形成臭氧。本工程臭氧系統設計水量為15000m3/d，臭氧發生器在冷卻水溫度20℃，臭氧濃度10%的情況下，產量可達25kg/h，放電管單位時間臭氧產量可達220-250g/h，臭氧發生器配置兩臺，正常2臺同時運行，當其中一臺發生故障或者檢修時另外一臺可降低臭氧濃度，臭氧產量可達28.5kg/h。臭氧發生器的功率因素正常不低于0.99，可保證臭氧發生器24h連續運行，臭氧發生器能臭氧濃度在6-14%之間，臭氧產量在10-100%之間可調節，工作壓力在120kPa左右；同時臭氧發生器配備必要的儀表及安全閥等裝置，確保整個系統能安全可靠的運行[1]。

3.2 氣源系統

原料氣的質量對臭氧產量、制備效率及成本有著很大的影響。臭氧發生器的氣源主要是空氣和氧氣，氧氣可以由液氧經過蒸發器產生，氣源品質高，氧氣純度可達99%以上，產臭氧濃度可達10%以上，且投資較低；氧氣還可通過制氧機來獲得，氧氣純度在90%左右，投資較高，制備系統及運行也較復雜；空氣則是采用壓縮機來制備，得到的氧氣純度最低，產臭氧濃度也較低，一般在3%左右，而且設備投資也較大。本工程臭氧發生器氣源采用液氧制備，液氧經蒸發器后產生的氧氣經過氧氣顆粒過濾器及減壓閥后，進入臭氧發生器，氧氣露點溫度需達到-65℃，氣體壓力在120kPa左右，滿足臭氧發生器正常所需氣源條件。同時系統配置一套氮氣投加系統，氮氣由壓縮機產生經過濾凈化后投加到氧氣管道中，氮氣作為催化劑，可以提高臭氧制備效率，節約氧氣的消耗，正常運行時向氧氣源加入很少的氮氣即可滿足需求，約為氧氣量的1%，氮氣量的投加量越低，放電管壁就越不易生成氮氧化物，這樣能確保臭氧發生器高效、穩定的運行[2]。

3.3 催化臭氧氧化

催化臭氧氧化與其它臭氧高級氧化技術相同，也是利用反應中產生大量·OH來提高氧化能力，去除水中有機物。催化臭氧氧化技術可以分為兩類：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行催化臭氧氧化的技術，可以使原水中天然有機物的去除率比單獨應用臭氧氧化技術有較大程度的提高，同時主要的氧化副產物以及可生物降解可溶性有機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對原水中天然有機物的去除效果較好，催化劑可以加速天然有機物中類腐殖質結構的分解，并且催化臭氧氧化對所有天然有機物中的多環芳香結構降解有促進作用，這是因為它可以把親水酸組分轉化為低芳香性、低分子量的副產物。

4 結語

綜上所述，水資源在現代城市發展的過程中發揮了至關重要的作用，水資源的品質直接關系到人們的生活質量，也會對人們的身心健康產生重大影響。城市傳統給水處理技術存在較多的問題，為了提高城市水資源品質，加強水資源的利用效率，需要結合現代科學技術手段，創造出更加優秀的城市污水處理技術，推動水資源的循環再利用。