臭氧接觸池在污水深度處理中的應用

張 荻，張 言

（1.濟南市清源水務集團有限公司，山東 濟南250011；2.濟南市水利工程服務中心，山東 濟南250015）

在常溫常壓下，臭氧是淡藍色的具有強烈刺激性氣體，液態呈深藍色。空氣中臭氧濃度為0.01 ppm時能嗅出，安全濃度為1 ppm，空氣中臭氧濃度達到1 000 mg/L時對人即有生命危險。臭氧的標準電極電位為2.07 V，高于氯（1.36 V）與二氧化氯（1.5 V）。自1906年Nice第一次應用臭氧來消毒飲用水以來[1]，由于臭氧本身以及由臭氧生成的羥基自由基具有氧化和消毒凈化的功能，臭氧已被廣泛應用于飲用水、冷卻水、游泳池、污水再生水、工業廢水、填埋場滲濾液處理等工程項目。目前，對于臭氧接觸池的設計，除了《室外給水設計規范》（GB50013-2006）中針對凈水廠臭氧接觸有部分要求外，并無專門的技術規范供參考。本文主要談談臭氧接觸池在污水深度處理去除COD應用中的設計要點。

1 臭氧接觸形式

目前臭氧主要的接觸形式有二種：微孔曝氣和射流。

1.1 微孔曝氣

利用微孔曝氣的方式使臭氧與水充分接觸。為保證接觸效率，接觸池常分多格，曝氣盤間隔設置以利氣液反向。這種方式雖然能耗較低，但臭氧傳質效率較低，微孔易被堵塞，接觸時間要求較長。

微孔曝氣接觸池可設置4格或6格，分別設置2個或3個臭氧投加點，臭氧投加比例為2∶1或2∶1∶1，有效水深4.0~6.0 m，水力停留時間不小于30 min。臭氧投加量不宜小于4 mgO3/（mgCOD）水。觸池的隔墻需設置頂部過氣孔和底部過水孔。

1.2 射流

當來水成份復雜，水源中存在的細小顆粒、晶體可能對曝氣盤造成堵塞時，可以采用射流方式投加。氣體和液體被加壓或抽吸順流通過小空隙完成射流過程，使臭氧與來水充分混合，可部分或全部投加。這種方式接觸面積大，傳質能力較強，混合好，接觸時間和池體小，但能耗較大。

噴射水可以選擇源水，也可以選擇接觸水。可設置多段接觸，按臭氧投加比例逐段投加臭氧。小空隙可選擇噴嘴或穿孔管。射流方式對水深要求不高，水力停留時間和臭氧投加量可適當小于微孔方式。為節約空間射流泵置于池頂時，吸水管應加設底閥。

1.3 其他方式

除了微孔曝氣和射流，還有鼓泡塔、填料塔等多種方式，均是由微孔曝氣或射流發展而來。這些方式還可根據各自水質情況添加特定的功能填料，使接觸和傳質更加均勻，處理效果更好。

2 尾氣破壞

臭氧屬于危險品，空氣中臭氧濃度為0.01 ppm時能嗅出，安全濃度為1 ppm，空氣中臭氧濃度達到1 000 mg/L時對人即有生命危險。臭氧接觸池可設置尾氣破壞器對接觸池剩余尾氣進行無害化處理。

目前工程中常用的尾氣破壞器大多采用加熱法和催化劑法。

2.1 加熱法

加熱發有單通道加熱和熱交換器加熱兩種。單通道加熱臭氧加熱到350℃，在1～2 s內便可100%分解，但能耗約130~170 W·h/m3尾氣。熱交換器加熱是單通道法的改進，能耗約85 W·h/m3尾氣。加熱法的優點是安全可靠，維護簡單，但增加了部分設備投資和運行能耗。

2.2 催化劑法

利用催化剃對臭氧尾氣進行分解破壞，目前使用的催化劑多與鈀有關，氧化錳和氧化鎳也是常用的催化劑。催化劑法的優點是設備投資和運行能耗比高溫加熱法低（5~10 h/m3）；缺點是處理效果受水質(如硫化物、鹵素)、環境質量、尾氣的含水率、催化劑的使用年限等因素影響，安全穩定性比高溫加熱法差，且催化劑需要定期更換。目前國外及國內主要臭氧廠商尾破裝置均采用催化法。

目前歐美、日本等發達國家規定工作環境容許臭氧濃度為0.1 ppm；前蘇聯規定為0.000 1 ppm，我國衛生部《工業衛生標準》規定臭氧安全標準為0.15 ppm[2]。根據《室外給水設計標準》（GB 50013-2018）標準9.9.4條，經尾氣消除裝置處理后排入空氣中的氣體所含臭氧濃度小于0.1μg/L（0.000 1 ppm），此標準可能參考蘇聯標準。鑒于目前國內外各主要廠商生產的臭氧泄漏檢測/臭氧尾氣檢測范圍大多為0.1~0.4 ppm，同時結合衛生部標準，可確定臭氧尾氣破壞器尾氣處理標準應為0.1 ppm，《室外給水設計標準》（GB 50013-2018）中條文說明應相應修改。尾氣破壞器處理氣量按照氣源氣量確定。

3 呼吸閥

由于臭氧接觸池為密閉結構，池內氣體在個別情況下容易出現正壓和負壓，會影響水流水頭，導致上下游水流不暢甚至池體溢水等現象。呼吸閥可根據實際工藝情況確定呼氣和吸氣壓力，以保持池內氣體壓力正常。

呼吸閥目前多用于閃點低于28℃的甲類油品和閃點低于60℃的乙類油品，如汽油、輕柴油等油品及化工產品的儲罐上[3]。由于目前沒有混凝土池體專用呼吸閥的行業規定，呼吸閥尺寸可參照石油天然氣行業《石油儲罐呼吸閥》6.5條：由生產廠家通過試驗和計算提供流量區降曲線，或提供規定通氣量下的相應區降值綜合確定[4]。

4 氧接觸池

4.1 池體

池體鋼筋層保護厚度不小于40 mm，裂縫寬度不能大于0.1 mm，所有的缺陷（包括連接部分）必須采取密封補救措施。

4.2 池內管道

池內管道須采用316 L。鋼管安裝前用99.8%的乙醇溶液浸泡管道不少于15 min，以脫脂。焊接時須采用雙面惰性氣體保護（一般使用氬氣，純度不低于99.96%），焊工須持證上崗。管道焊縫根部表面平滑，不發黑。所有不銹鋼管道焊縫的都應進行無損探傷（X射線或γ射線探傷），焊縫質量應符合《現場設備、工業管道焊接工程施工及驗收規范》（GB50236-2011）的Ⅲ級以上（含Ⅲ級）焊縫標準。管道敷設完畢后分別用壓縮空氣、氮氣、氧氣對管道進行吹掃。

4.3 池體氣密性實驗

臭氧接觸池需進行氣密性實驗。由于目前沒有專門針對臭氧接觸池的氣密性實驗標準，工程中可參考（GB50141-2008）《給水排水構筑物施工及驗收規范》附錄二進行氣密實驗。

氣密性實驗壓力可選擇為0.5 MPa，24 h不用超過實驗壓力的20%。

5 結語

臭氧由于具有強氧化性、助燃、有毒性，在工程設計、施工及管理維護中應格外重視，必須嚴格按照國家的相關標準規范執行。在日常的運行管理維護中，應嚴格按照相關工藝流程開展工作。除了加強員工技能、知識培訓，熟練掌握操作流程外，還應制定相關應急處理手則，將安全生產貫徹到生產中的每一個細節。