冷震
(濟寧正源給排水勘察設計有限公司)

　　提要：分析了臭氧生產原理和消毒特性，結合工程實例詳細介紹了臭氧消毒在二次供水工程中的應用情況。
　　關鍵詞：臭氧　消毒　 二次供水　 投加　 持續性消毒

　　臭氧作為一種強氧化劑，在許多領域得到了廣泛的應用，在凈水工藝中也有悠久的應用歷史，幾乎與最常用的氯消毒同時被采用。但由于臭氧消毒系統設備復雜，投資大，耗電量高，以前只在少數幾個發達國家得以采用。自20世紀90年代起，由于懷疑水中的有機物與氯消毒發生反應后形成的三氯甲烷具有致癌性，許多國家也逐漸對臭氧消毒產生了興趣，加大了研究力度，并逐步在飲用水處理系統中采用或增設了臭氧處理工藝。在我國，臭氧消毒總的來說是處在起步階段，尤其是在水廠凈水處理工藝中，但在區域二次供水工程中，臭氧消毒得到了一定的應用，積累了一些經驗。

1 臭氧生產原理

　　臭氧是一種強氧化劑，比氯具有更高的活性和氧化能力，很不穩定，不易儲存。因此臭氧應根據需要就地生產。生產原理是：在一定的能量下，將O₂分裂成O，再重新組成O₃，化學方程式是：3O₂≒2O₃。目前生產臭氧的方法有：紫外線照射法、電解法、放射化學法、無聲放電法，其中最經濟、普及最廣的是無聲放電法，就是在放電器（即常見的臭氧發生器）通入空氣或氧氣，轉換成臭氧排出。

2 臭氧消毒特性

2.1 殺菌速度快、效果好。試驗結果表明，在0.45mg/L臭氧作用下，經過2分鐘脊髓灰質炎病毒即死亡；如用氯消毒，則劑量為2mg/L時需經過3小時。臭氧不僅對全部病原菌、熒光菌、變形菌、靈菌等微生物均可快速殺滅，而且對某些普通消毒劑呈抗藥性的微生物也有十分顯著的殺菌效果。同時臭氧消毒幾乎不受pH的影響。
2.2 可去除有機物。臭氧可去除水中的多種有機物，特別是有毒有害的微量污染物，并能使非生物降解物變為生物降解物，大大降低處理成本。
2.3 可除臭、脫色。臭氧能有效去除多種藻類引起的臭和土臭、霉臭，對某些膠態物質和有機物產生的顏色的去除也十分有效。
2.4 水中的殘留物少，產生的附加化學污染物少。臭氧使水中的污染物通過氧化變成氣體或沉淀去除，它本身則被還原為氧離子而結合于揮發物或沉淀物中，或與H₂O、H^＋結合，因而水中的殘留物很少；并且不會產生如氯酚那樣的臭味，也不會產生三氯甲烷等氯消毒的消毒副產物。
2.5 臭氧可就地制造，只需電能。
2.6 持續性消毒能力差。由于臭氧在水中很不穩定，易分解成O₂，致使其持續性消毒能力差，如接觸池出口處水中剩余臭氧尚有0.40mg/L，但經過清水池的停留后，水中的剩余臭氧已完全分解，管網中的消毒已無從保障。因此還需與其它消毒劑一起配合使用，經過臭氧消毒的自來水通常在其進入管網前還要加入少量的氯或氯胺，以維持一定的消毒劑剩余量。
　　臭氧的持續性消毒能力差在一定程度上限制了其在凈水廠的使用普及，但是在區域二次供水工程中，由于距離用戶終端比較近，飲用水流通周轉快，在蓄水設施中停留時間短，消毒后的水很快輸送到用戶，對持續性消毒要求不高，因此，受到了一些用戶的歡迎。以濟寧市為例，目前在二次供水工程中使用臭氧消毒的有11家，對臭氧消毒效果均很滿意。下面以山東里能集團舜泰園小區為例，介紹一下臭氧消毒應用情況。

3 工程實例

3.1 工程概況
　　山東里能集團舜泰園小區位于濟寧市琵琶山路與327國道交匯處，是高檔小高層住宅區，區內均為12層建筑，人口5400人。小區供水采用二次加壓供水方式，即把市政給水管道的水輸送到清水池，然后通過水泵加壓，把清水池內的水輸送到區內管網。二次供水工程包括清水池、加壓泵房、消毒室和變配電室。其中清水池分兩格，一格為生活水池，200m³，一格為消防水池，300 m³，生活水池與消防水池互為獨立；加壓泵房設計了6臺立式離心泵，其中2臺生活泵，4臺消防泵；消毒室安裝了消毒設備；變配電室內置控制設備。
3.2 消毒方案選擇
　　我們設計了3套消毒方案：氯消毒，二氧化氯消毒，臭氧消毒。各方案優缺點見下表。

　　通過比較，并考慮到高檔住宅小區對水質要求較高，水在清水池中停留時間不長（對持續性消毒要求不高），且電力供應方便，故選擇臭氧消毒方案。尤其作為可疑的或疑似的致癌物質，自來水中的三氯甲烷等有機氯化物已越來越引起人們關注的情況下，臭氧消毒工藝是一個理想的選擇。
3.3 臭氧消毒工藝設計
　　（1）工藝流程
　　由空氣（或氧氣）通過臭氧發生器生成的臭氧，通過水射器與水混合，接著進入清水池進行充分的接觸混合與反應，然后由水泵輸送至小區管網。
　　（2）平面布置：
　　（3）氣源
　　氣源的選擇要結合臭氧發生量、場地條件、能耗、運行管理、維護等因素綜合考慮。臭氧發生器的氣源為空氣和氧氣。采用空氣為氣源時，由于空氣中含有較高的水分和灰塵，不僅影響臭氧的產量，而且會破壞介電體，因此需對空氣進行除塵和脫水干燥，但省去了氣源費用。以氧氣為氣源時，相比空氣氣源，耗電量小，節省動力費用，占地少，但購買氧氣也增加了運行成本，并且需經常更換氧氣瓶，日常管理麻煩。考慮到電力供應充足，消毒間比較寬敞，工程選用空氣為氣源。
　　（4）臭氧投加量
　　臭氧的殺菌效果主要取決于水中臭氧的含量、臭氧氣體在水中的分散程度（即混合是否均勻、充分）、臭氧與水接觸的時間。水中臭氧的濃度含量越高，殺菌的效果就越好，但并不是投加量越多越好，多了不但造成浪費，而且有可能在用戶使用的時候，帶來身體不適感。同時投加時還要考慮水質狀況，對二次供水工程，由于原水水質較好，臭氧投加量一般為0.5～1.5 mg/L，本工程取1.0 mg/L，為了減少投加時間，投加量定為180g/h。
　　（5）投加混合方式
　　常用的投加混合方式一般有三種：①采用固定螺旋管道混合器，把其安裝在清水池的進水管上，臭氧與水在混合器混合后進入清水池；②采用射流器（水射器），這是一種比較常用的氣水混合裝置，可安裝在清水池進水管上，直接利用進水管內的壓力進行水氣混合，然后進入清水池，或者從水泵總出水管接一條管道，進入射流器與臭氧混合后進入水池，而不必通過進水管。③采用臭氧接觸氧化塔或接觸氧化池。水進入接觸塔或接觸池與臭氧混合后，再進入清水池。方式①與方式②簡化了工程設計，占地面積少，成本低，方式③雖然占地面積大，成本高，但混合效果好。可根據經濟條件、場地、水質狀況進行選用，也可相互配合使用。本工程采用方式②，從水泵總出水管接一條管道，進行氣水混合，投加點在清水池底部，我們特別設計了一組呈放射狀的接觸混合管，每個管上留有許多小孔，以便與水充分混合。
　　（6）投加時間的控制
　　理論上講，應該24小時連續投加臭氧，這樣能保持持續消毒作用，水質不至于二次污染惡化。但以往臭氧消毒應用經驗表明，這樣不僅浪費，有可能到用戶終端臭氧濃度過高，吸入人體后不利于健康。只要能保證充足的接觸時間，消毒效果就會理想。設計每天投加次數6次，平均每4 h一次，每次1h。
　　（7）設備選擇
　　選用空氣型高頻臭氧發生器，臭氧產量180g/h，額定功率2.7Kw。設備包括空壓機、冷卻器、過濾器、干燥器、臭氧發生器。
3.4 使用效果及存在的問題
　　自工程投入使用以來，臭氧發生器運行穩定，消毒效果比較理想，沒有一次水質二次污染事故發生，居民反映良好。根據多次取水樣化驗，水質無惡化情況，個別指標甚至優于出廠水水質。
　　但在使用過程中，存在的問題有：
　　（1）雖然干燥的和水溶液中的臭氧腐蝕性稍弱，但在潮濕的環境里臭氧的腐蝕性比較強。由于消毒室建于地下，采光不好，室內潮濕，一旦臭氧泄漏，對室內的管道、設備就會產生一定的腐蝕。為此后來采用排風扇強制通風，對管道、設備采取了防腐措施。
　　（2）尾氣處置。臭氧與水在水池中混合后，會有一定的剩余臭氧從水中逸出，通過水池通氣管排到空氣中。由于空氣中一定濃度的臭氧對人的機體有害，一般情況下不允許直接排放。但由于尾氣處置通常采用的回用法、加熱分解法、化學消減法、催化分解法能耗大、費用高，對于本工程來說不太適合。好在本工程的尾氣量很小，且清水池所在位置地面開闊，易于空氣流通，采用稀釋法來處置，即直接排出，利用環境空氣稀釋。
　　（3）空氣型臭氧發生器噪音大。

4 結語

　　臭氧由于其獨特的殺毒特性，在二次供水工程實踐中使用效果比較理想。但目前在我國給水工程中臭氧消毒還沒有國家標準和行業標準，比如投加量、接觸時間、投加方式、尾氣處置等問題沒有一個明確統一的標準，設計人員多是憑著經驗或廠家的說明書來設計，這在一定程度上制約了臭氧消毒的普及。希望行業主管部門或協會加強指導，科研單位和生產廠家增加投入，加大研究力度，比如降低噪音、減少能耗、確立合理的投加指標，只有這樣，臭氧消毒的使用才會有一個美好的前景。

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