臭氧技术在给水处理中的应用

臭氧技术在给水处理工程中的应用•一、臭氧处理在给水处理中的应用背景•二、臭氧处理的作用或期待的效果•三、臭氧设备工作原理和组成•四、给水处理中臭氧系统的组成•五、臭氧工艺运行管理•一、臭氧处理在给水处理中的应用背景•二十世纪八十年代以来，我国饮用水源污染问题日益显现，严重威胁到城市供水水质安全，各地供水企业积极努力，通过技术进步和加强管理，使得饮用水水质普遍得到提高。其中引进臭氧技术就是其中的一项措施。•根据调查多家水厂的源水水质，受污染大部分是表现在色度、浊度、臭、味、氨氮和亚硝酸盐等指标超标。•对于这些指标超标，有多种处理技术，比如：•加强常规处理，如加强混凝•增加预处理，如生物预处理、化学预处理•增加后处理，如活性炭吸附、膜处理等•生物预处理基本原理主要是利用适当条件下生物载体——填料上大量耗氧生物膜，在供氧充足和原水与填料充分接触情况下，有效去除水中各类污染质。原水与填料生物膜不断接触，通过微生物自身生命代谢活动——氧化、还原、合成、分解等过程，在微生物的生物絮凝、吸附、硝化和生物降解等综合作用下，将原水中的氨氮、有机物、藻类和THMs（三卤甲烷）前体物等去除，既净化水质，又减少后续净化和加氯消毒过程中可能产生的THMs等潜在致癌物。•化学预处理是通过在给水处理工艺前端投加氧化剂达到强化处理效果的措施。目前常用于给水处理的氧化剂如臭氧（O3）、过氧化氢（H2O2）、高锰酸钾等强氧化剂。•增加后处理为了进一步提高净水厂出水水质，在传统絮凝沉淀—过滤之后增加后处理。工程中应用较成功的技术有：活性炭吸附（如臭氧—生物活性炭技术），膜处理（如超滤、纳滤）等。•二、臭氧处理的作用或期待的效果•臭氧由3个氧原子构成的物质，氧化力强，具有生产自由基等性质。•除臭效果•脱色效果•杀菌效果（杀菌力比氯还要强）、使隐孢子虫和贾嫡鞭毛虫非活性化•使难分解的生物有机物易于分解•臭氧处理使用的领域：•自来水的深度处理•粪尿处理水的脱色、杀菌•农村废水的除臭•污水的深度处理•污水处理厂的除臭•游泳池的杀菌处理•工业氧化工艺•臭氧处理＋活性炭处理的深度处理工艺用于给水行业，能够期待的效果：•供应安全干净的水（除去酶味、抑制三卤化甲烷生成）•对隐孢子虫和贾嫡鞭毛虫的对策效果好•可减少加氯量，可废除加氯前处理•延长生物活性炭的寿命，大幅减少更换频率•由于臭氧的自我分解特性，无残留影响•三、臭氧设备工作原理和组成•产生臭氧的基本原理为：高压无声放电•由于间隙窄，对高压电极进行强制冷却，这样冷却效率高和发生臭氧所需的电力少。•组成：1、臭氧发生管；2、PSU供电单元；3、控制系统；4、仪表空气和加氮系统。•四、给水处理中臭氧系统的组成•臭氧处理系统由气源、臭氧发生系统、接触池、尾气破坏系统和控制系统五个部分组成•（l）气源•臭氧气源主要有三种：使用成品纯液态氧、现场用空气制备纯气态氧、直接利用空气。为了提高臭氧浓度，同时节省能耗，降低设备及管道尺寸，目前较先进臭氧发生器多采用前两种方式制备臭氧，第三种方式适用于臭氧产量较小的场合。•2）臭氧发生系统•臭氧发生是由臭氧发生器来完成的，目前使用最广的臭氧发生器一般分为石英管和陶瓷管两类。臭氧发生器的备用率一般应大于30%，备用的方式有设备台数备用（硬备用）与设备发生能力备用（软备用）二种。每台臭氧发生器发生量的调节范围不应小于10－100％。•3）接触池•预臭氧接触池一般设1个臭氧投加点，较多采用水射器投加方式，通常为0.5－1.5mg／L，反应时间为3－5min，水中余臭氧一般为零或很少。主臭氧接触一般设多个臭氧投加点（通常为2－3个点），采用微孔曝气投加方式，臭氧投加量通常为1.5－3.0mg／L（水中余臭氧为0.2－0.4mg／L），反应时间一般不小于10min。为了保障对隐抱子虫和贾第虫的杀灭效果，CT一般要大于4。•4）尾气破坏系统•尾气破坏系统是收集臭氧接触池排出的剩余臭氧并分解成对环境无害的氧（保证排出的气体臭氧浓度小于0.05－0.1ppm），主要有催化氧化法和加热分解法，目前两种方法均有大量应用。•5）控制系统•预臭氧投加控制一般根据水量进行比例投加，投加浓度根据铁锰等还原物质含量确定。主臭氧投加控制一般根据水量和水中余臭氧进行双因子复合环投加控制(水量是前馈条件，余臭氧是后馈条件)。•五、臭氧工艺运行管理•1、臭氧接触池的优化设计•为厂提高臭氧接触池效率，采用计算流体力学作为模拟工具，对A水厂的臭氧接触池进行厂计所如优化,结果表明：原设计下接触池内廊道的高宽比过大．造成较严重的短流现象，T10／HRT仅为0.4，说明水力效率较低。•2、复合预氧化工艺•当臭氧作为预氧化剂时，能够去除色度、嗅味，降低三卤甲烷等氯化消毒附产物，对混凝沉淀也有一定作用。但是，臭氧氧化也会对混凝产生不利的影响。一般情况下，臭氧在低剂量下（0.4－1.5mg／L）可以起到良好的助凝作用，但浓度过高则会使效果恶化。臭氧还会在水中产生AOC问题；在原水中存在溴离子情况下，会产生溴酸盐问题，该物质是致癌物质。臭氧应用过程中，其成本也比较高。•3、预臭氧工艺运行管理•预臭氧的助凝作用不是很明显，但可以提高滤后水浊度的去除率。•预臭氧可以显著提高下游常规工艺对有机物的去除效果。因此为了提高对TOC等有机物的的去除率，预臭氧的投加量一般控制在0.9~1.2mg/L的范围内。•4、主臭氧工艺运行管理•1）最佳投加比例。臭氧投加一般分为两点或三点投加。三点投加时的最佳投加比例为4：3：3；两点投加的最佳比例为1：1；相对而言，三点投加比两点投加要好。•2）余臭氧的控制。为了便于运行管理，一般控制主臭氧接触池第二或第三格出水的余臭氧浓度在一定数值以上。•5、应该注意的问题•臭氧化处理能够产生种类繁多的副产物，大体分为有机副产物和无机副产物，有机副产物主要有醛类和羧酸类，其中醛类中的甲醛是致癌的变性物质。无机副产物主要是溴酸盐，国际上癌研究部门把溴酸根分类为致癌性2B，即可能致癌物。