臭氧消毒在二次供水工程中的應用
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(tǒng)設備復雜，投資大，耗電量高，以前只在少數(shù)幾個發(fā)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(fā)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(chǎn)生了興趣，加大了研究力度，并逐步在飲用水處理系統(tǒng)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(qū)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(jīng)驗。
1 臭氧生產(chǎn)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(wěn)定，不易儲存。因此臭氧應根據(jù)需要就地生產(chǎn)。生產(chǎn)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(chǎn)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(jīng)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(fā)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(jīng)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(jīng)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?yōu)樯锝到馕?，大大降低處理成本?nbsp;
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(tài)物質和有機物產(chǎn)生的顏色的去除也十分有效。
2.4 水中的殘留物少，產(chǎn)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(fā)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(chǎn)生如氯酚那樣的臭味，也不會產(chǎn)生三氯甲烷等氯消毒的消毒副產(chǎn)物。
2.5 臭氧可就地制造，只需電能。
2.6 持續(xù)性消毒能力差。由于臭氧在水中很不穩(wěn)定，易分解成O2，致使其持續(xù)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(jīng)過清水池的停留后，水中的剩余臭氧已完全分解，管網(wǎng)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(jīng)過臭氧消毒的自來水通常在其進入管網(wǎng)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(xù)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(qū)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(xù)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(qū)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(qū)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(qū)，區(qū)內均為12層建筑，人口5400人。小區(qū)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(qū)內管網(wǎng)。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
我們設計了常用消毒方案：氯消毒，次氯酸鈉，二氧化氯消毒，臭氧消毒，紫外線。各方案優(yōu)缺點見下表。
通過比較，并考慮到高檔住宅小區(qū)對水質要求較高，水在清水池中停留時間不長（對持續(xù)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
?。?/span>1）工藝流程
由空氣（或氧氣）通過臭氧發(fā)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(qū)管網(wǎng)。
?。?/span>2）氣源
氣源的選擇要結合臭氧發(fā)生量、場地條件、能耗、運行管理、維護等因素綜合考慮。臭氧發(fā)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(chǎn)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(jié)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(jīng)常更換氧氣瓶，日常管理麻煩?？紤]到電力供應充足，消毒間比較寬敞，工程選用空氣為氣源。
?。?/span>3)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150g/h。
（4）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?？筛鶕?jù)經(jīng)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。
?。?/span>5）投加時間的控制
理論上講，應該24小時連續(xù)投加臭氧，這樣能保持持續(xù)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(jīng)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(shù)6次，平均每4 h一次，每次1h。
?。?/span>6）設備選擇
選用空氣型高頻臭氧發(fā)生器，臭氧產(chǎn)量150g/h，額定功率1.5Kw。設備包括空壓機、冷卻器、過濾器、干燥器、臭氧發(fā)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(fā)生器運行穩(wěn)定，消毒效果比較理想，沒有一次水質二次污染事故發(fā)生，居民反映良好。根據(jù)多次取水樣化驗，水質無惡化情況，個別指標甚至優(yōu)于出廠水水質。
但在使用過程中，存在的問題有：
?。?/span>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(huán)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(chǎn)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。
?。?/span>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(huán)境空氣稀釋。
（3）空氣型臭氧發(fā)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。