臭氧在自来水厂深度处理中的设计与应用

郭盛

青岛昌阳建筑工程有限公司 山东青岛 266600

水是生命之源，水品质的高低关系到人们的生活质量。随着现代社会经济的不断发展，人们的生活水平越来越高，人们对水质的关注度也越来越高。而城市水资源在输送前会经过一系列的处理环节，其处理效果的好坏直接关系到水品质的高低。长期以来，我国的城市用水在经过传统给水处理方式处理以后，还存在一定的问题，因此必须要加强对相关技术的改进和完善。

1 臭氧工艺概述

首先活性炭有着一定的吸附功能，也可以吸附被氧化反应出现低分子量碳氧化物以及原水中的物质，同时也可以阻止臭氧跑出反应池。第二臭氧也可以是活性炭中好氧菌创造生存的养料以及相关环境，臭氧可以提供供养，也会被活性炭吸附的有机物来提供一定的养分，好氧菌对于碳氧化物的分解可以是一种生物降解。

2 存在问题

臭氧产生的效率低，制备臭氧的成本高。臭氧的利用率偏低，使利用臭氧技术进行水处理的运行费用较高。臭氧水处理设备复杂，操作与维修存在一定困难。

臭氧对有机物的氧化有选择性，而且对有机物氧化不完全，例如对人工合成的有机物环氧七氯、氯丹等没有效果。臭氧氧化虽然不会产生三卤甲烷、卤乙酸等副产物前体物，但在臭氧作用下产生的某些中间产物可能具有毒性。利用活性炭和零价铁粉可以较有效去除溴酸盐，UV/TiO2对溴酸盐的去除效果更好。目前比较理想的臭氧/活性炭技术对水中生物可同化有机碳的去除效果一般，还可能使有机物的可生化性增加，产生生物安全问题。

3 臭氧系统设计

臭氧消毒技术也是在现代快速发展的科学技术的基础上产生的一种新型给水处理手段，该技术可以在较短的时间内将水资源中的细菌、杂质等有害物质处理掉，同时不会改变水资源原有的气味以及颜色，臭氧消毒技术的应用能够有效提升城市给水的处理速度，改善城市水资源的品质，是现代非常常用的一种深度水处理技术。

3.1 臭氧发生器

臭氧发生器工作主要是基于无声放电的原理，即含有氧气的气体通过发生器罐体内的电介质与接地极之间的放电间隙时，部分氧气被高压电离形成臭氧。本工程臭氧系统设计水量为15000m³/d，臭氧发生器在冷却水温度20℃，臭氧浓度10%的情况下，产量可达25kg/h，放电管单位时间臭氧产量可达220-250g/h，臭氧发生器配置两台，正常2台同时运行，当其中一台发生故障或者检修时另外一台可降低臭氧浓度，臭氧产量可达28.5kg/h。臭氧发生器的功率因素正常不低于0.99，可保证臭氧发生器24h连续运行，臭氧发生器能臭氧浓度在6-14%之间，臭氧产量在10-100%之间可调节，工作压力在120kPa左右；同时臭氧发生器配备必要的仪表及安全阀等装置，确保整个系统能安全可靠的运行[1]。

3.2 气源系统

原料气的质量对臭氧产量、制备效率及成本有着很大的影响。臭氧发生器的气源主要是空气和氧气，氧气可以由液氧经过蒸发器产生，气源品质高，氧气纯度可达99%以上，产臭氧浓度可达10%以上，且投资较低；氧气还可通过制氧机来获得，氧气纯度在90%左右，投资较高，制备系统及运行也较复杂；空气则是采用压缩机来制备，得到的氧气纯度最低，产臭氧浓度也较低，一般在3%左右，而且设备投资也较大。本工程臭氧发生器气源采用液氧制备，液氧经蒸发器后产生的氧气经过氧气颗粒过滤器及减压阀后，进入臭氧发生器，氧气露点温度需达到-65℃，气体压力在120kPa左右，满足臭氧发生器正常所需气源条件。同时系统配置一套氮气投加系统，氮气由压缩机产生经过滤净化后投加到氧气管道中，氮气作为催化剂，可以提高臭氧制备效率，节约氧气的消耗，正常运行时向氧气源加入很少的氮气即可满足需求，约为氧气量的1%，氮气量的投加量越低，放电管壁就越不易生成氮氧化物，这样能确保臭氧发生器高效、稳定的运行[2]。

3.3 催化臭氧氧化

催化臭氧氧化与其它臭氧高级氧化技术相同，也是利用反应中产生大量·OH来提高氧化能力，去除水中有机物。催化臭氧氧化技术可以分为两类：一类是利用金属离子作为催化剂的均相催化臭氧氧化，另一类是利用固态金属、金属氧化物等作为催化剂的非均相催化臭氧氧化[3]。

Kasprzyk-HordernB等的研究表明，使用氧化铝做催化剂进行催化臭氧氧化的技术，可以使原水中天然有机物的去除率比单独应用臭氧氧化技术有较大程度的提高，同时主要的氧化副产物以及可生物降解可溶性有机碳的生成量也有很大程度的降低。ZhangT等使用合成铁矿和二氧化铈作为催化剂，采用催化臭氧氧化技术对原水中天然有机物的去除效果较好，催化剂可以加速天然有机物中类腐殖质结构的分解，并且催化臭氧氧化对所有天然有机物中的多环芳香结构降解有促进作用，这是因为它可以把亲水酸组分转化为低芳香性、低分子量的副产物。

4 结语

综上所述，水资源在现代城市发展的过程中发挥了至关重要的作用，水资源的品质直接关系到人们的生活质量，也会对人们的身心健康产生重大影响。城市传统给水处理技术存在较多的问题，为了提高城市水资源品质，加强水资源的利用效率，需要结合现代科学技术手段，创造出更加优秀的城市污水处理技术，推动水资源的循环再利用。