臭氧在自來水廠深度處理中的設計與應用

摘要：臭氧活性炭深度處理工藝是非常重要的一種處理工藝，是對出水水源進行改善的一種重要方式，本文重點對臭氧在自來水廠深度處理中的設計與應用進行了分析和研究，以供參考。

關鍵詞：臭氧;自來水廠;深度處理;設計;應用

中圖分類號：X52 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）07-0-02

Abstract：The advanced treatment process of ozone activated carbon is a very important treatment process and an important way to improve the effluent water source. This paper focuses on the analysis and research of the design and application of ozone in the advanced treatment of waterworks. reference.

Key words：Ozone;Water plant;Advanced treatment;Design;Application

1 臭氧水處理的機理介紹

臭氧在與水相融之后會發生兩種反應，首先，可以產生直接氧化的作用，選擇性較高、反應速度較慢，容易和苯酚等一系列芳香化合物以及胺類物質、乙醇等進行反應;其次是臭氧在分解的過程中會出現羥基-自由基而產生裂變反應，這種反應會產生大量具有強氧化性，而且非常活潑的單原子氧，可以將水中的一些有機物質、微生物、細菌等瞬間分解，具有較好的水處理功能。

2 某自來水廠深度處理設計

綜合分析技術及經濟的因素，當前，在水廠深度處理中使用最多的就是臭氧活性炭聯用技術。臭氧活性炭聯用技術主要是在活性炭池當中適當的加入一定量的臭氧，這種臭氧在接觸反應是當中會進行充分的氧化反應，讓水中的有機物快速氧化降解，將一些大分子的物質逐步向小分子轉變或者直接被氧化掉，生成一些小分子，被活性炭所吸附。這樣可以讓活性炭去除水中有機物的能力大幅度的提高，可以讓活性炭的使用壽命有效延長，發生氧化反應能夠讓有機物的可生化性大幅度提高，讓部分物質溶解，在膠體有機物進行絮凝之后，可以讓它們成為一種可過濾或可沉淀的物質，能夠讓水質大幅改善，將水中的鐵、錳、色度、有機物等有效去除。

3 臭氧系統的構成

3.1 氣源氣系統

臭氧系統使用的原料氣主要是氧氣和空氣，氧氣又分為兩種，一種是外購的液氧，一種是現場制氧。在選擇氣源氣的過程中，主要需要重視以下幾項問題，首先需要具體分析單位臭氧的綜合成本，比如說氣源氣、電耗、設備運行維護的費用以及設備租賃的費用等;其次，需要對臭氧的需求量進行重點分析，確認供水量;第三需要保證設備的管理符合要求，并且設備處于穩定運行的狀態。在實際運行的過程中，主要使用液氧對臭氧系統進行供氣。

3.2 臭氧發生器

3.2.1 放電管部分

在臭氧發生器當中，放電管是非常重要的，利用接地和放電管的無聲放電可以將氧氣的化學鍵打斷，并且對其進行重新組合，而出現臭氧。在臭氧發生器當中，核心在于介質阻擋雙間隙放電技術，這種技術在實際使用的過程中效果較好。原料氣流在通過絕緣介質以及臭氧發生器罐體接地極的過程中會出現一定的間隙，這些間隙間會產生高壓放電等情況將氧氣電離，形成臭氧。

3.2.2 電源/控制裝置

電源/控制裝置在臭氧發生器當中起到控制各環節運行以及供電等功能，是非常重要的一項設備。在電源裝置當中，高頻電流型變頻器（IGBT）是最重要的設備，起到整流電路的作用，主要是把三相工頻電向直流電轉換，整流元件可以通過二極管或者可控硅控制，通過電源控制電路來調節整個整流可控硅導通角，或者利用多重化整流來控制直流電壓，得以合理的控制整流電路，平波電抗器能夠防止在放電的過程中由于負載變動而出現高電壓，可以確保整個設備處于可靠運行的狀態。

3.3 冷卻水系統

在設計臭氧發生器系統的過程中，需要合理的設計冷卻水系統以及冷卻水循環系統，主要包含了水泵、閥門、儀表、膨脹罐、換熱器、底座等，外循環水通過水冷卻系統的板式換熱器之后。會逐步向外環境釋放出大量的熱量，不會由于環境溫度而產生影響。

3.4 臭氧投加系統

3.4.1 預臭氧投加系統

在設計預臭氧投加系統的過程中，通過文丘里水射器讓臭氧和被處理的水之間進行充分的混合接觸和反應，旁路水流利用提升泵進行增壓，通過文丘里水射器在接觸池當中投加，通過水射器之后的高壓水流會出現負壓，把臭氧吸入水流當中，與水進行充分的混合，在水射器當中，往往會有較高的水壓的水流，可以讓擴散噴嘴中產生的臭氧變成無數氣泡，讓水流和氣流之間的接觸面積大幅度增加，最大化提高臭氧的反應效率，含有臭氧的水向主管/接觸池當中通入，臭氧氣體通過流量計的過程中，利用流量控制閥來對其進行合理的控制，在泵水設計投加系統當中還設置了手動控制蝶閥，通過這些閥門可以定時對其進行關閉，主要起到維護作用，避免進氣管路的一些參數超過設定閾值，在管路當中，還會設置相應的壓力開關閥門。

3.4.2 后臭氧投加系統

臭氧投加的主要目的是對常規的出水指標進一步改善。投加方式一般采用2段投加和3段投加法。為了進一步提高臭氧傳質效率以及有機物去除效率，降低后續出水余臭氧濃度，最佳的投加方式是3段投加，投加量從前到后降低。曝氣系統主要通過不銹鋼支架和陶瓷曝氣盤共同組成，需要保證材料不能被臭氧水所腐蝕或者溶解，曝氣系統當中使用的材料主要是316L不銹鋼或者使用其他一些更好的密封材料，來確保防腐的效果。與此同時，還要進行手動球閥的配置，主要目的在于維護接觸池的過程中，防止臭氧向接觸池外流出。

4 運行效果

某自來水廠設計規模20萬m?/d，水廠自用水量5%。預臭氧接觸池2座，規模為20萬m?/d，有效水深6.5m，接觸時間5min，臭氧投加量0.5～1.5mg/L;后臭氧接觸池2座，規模為20萬m?/d，有效水深7.0m，臭氧投加量1.0～2.5mg/L，單座接觸時間15min，三段投加，各段接觸時間依進水方向約為4.0min、5.5min、5.5min，各階段按50%、25%、25%布氣。按臭氧投加量配置臭氧發生器，采用臭氧發生器3臺，臭氧濃度為10%wt時，單臺產量為13.5kg/h，當臭氧濃度為6%wt時，單臺產量為17.5kg/h，臭氧濃度在6～12%之間可調。在深度處理臭氧系統使用之后，對剩余氨氮的去除率超過了70%，CODmn的去除率也超過了70%，這就說明臭氧活性炭深度處理工藝和常規處理工藝相比，能夠更好地去除有機物，具有較好的效果，符合設計的具體需要。

5 結束語

臭氧能夠將水中的微量有機物污染物有效去除，可以讓水中的AOC濃度明顯降低。在設計和應用的過程中，本系統依然產生了一定的問題，在解決問題的時候，需要相關技術人員進一步的摸索和研究，只有如此才能讓臭氧系統的處理水平提高。

參考文獻

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[2]羅本福，寧海燕，楊曦.四川什邡某自來水廠臭氧-活性炭深度處理工藝分析[J].西華大學學報（自然科學版），2013（4）：25.

收稿日期：2019-01-02

作者簡介：顏丙乾（1989-），男，漢族，碩士研究生，技術工程師，研究方向為水廠深度處理、污泥干化處理。