臭氧在上海周家渡水廠試驗基地工程中的應用

1、臭氧在上海周家渡水廠試驗基地工程中的應用摘要：本文以飲用水水源受污染后各種相應的凈水工 藝不斷出現為背景，敘述并介紹了其中的臭氧技術的應用 特點及其在上海周家渡水廠試驗基地工程中的應用情況， 并對就用的成果進行了展望。關鍵詞：水源泉污染臭氧有機物色度一、應用的背景人類的社會活動及生存離不開水。人們的生活飲用水 及生產用水主要來自于地表水和地下水，其中地表水分布 廣且利用較方便，而地下水則存量有限。隨著人類社會的 不斷發(fā)展和進步，各種工業(yè)生產及人們生活中產生的大量 未經處理的廢水及污水不斷被排入水體，已使得地表水的 不斷污染成為一種普通的現象。此外，人類活動中對地下 水的大量開采，也使得水源較好

2、但存量有限的地下水迅速 減少，并千萬了嚴重的地面下沉現象，對城市各類建筑及 公共設施帶來了威脅和破壞。我國雖然是水資源較豐富的 國家，但由于人口眾多，人均的水資源泉含量卻很低，約 為世界人均占有量的四分之一。而上述地表水普通受污染 和地下水過量開采的現象在我國也同樣存在，并且狀況較 為嚴重。這些現象的出現正對人類的活動及社會進步構成 了嚴重威脅。為了消除水源普通受到污染對人類活動的威脅，世界 各地的各個國家尤其是發(fā)達國家正在積極采取措施，其中 包括了加強生活飲用水的處理許多國家的水處理部門以及 相關的科研機構或大學院校正在不斷研究和探索新的凈水 工藝，以消除水中的污染物質對人類造成的危害。隨著

3、這 些研究和探索的持續(xù)進行，各種成果已不斷出現并日趨成 熟。目前較具有代表性的主要有各種預處理工藝和深度處 理工藝的逐漸被應用并取得成功。此外新興的膜處理工藝 在生活飲用處理水中的應用也正在探索和研究中。我國對微污染水源飲用水處理的研究和探索始于二十 世紀八十年代，與發(fā)達國家比起步較晚。但經過二十年的 大量工作，已在許多新工藝的機理和基礎研究方面取得了 不少成果。其中較有影響的主要有生物預處理工藝、投加 臭氧或高猛酸鉀等強氧化劑的化學預處理工藝，以及投加 粉末活性炭的物理化學預處理工藝等。而深度處理則有顆 ?；钚蕴课揭约俺粞跹趸Y合顆?；钚蕴课降纳锘?性炭等工藝。這些工藝在全國許多地方的

4、試驗研究中通過 應用被證明對微污染水源的處理具有較好的效果。但限于 經濟條件，大部分研究僅處于小試驗階段，很少有進行生 產試驗和直接應用于生產。上海是我國最大的工業(yè)城市，是全國的經濟中心之一。 上海城市供水的規(guī)模及服務人口為全國之最，而上海城市 供水的主要水源黃浦江污染相當嚴重。為了保證供水水質, 上海的供水部門不得不在二十世紀八、九十年代花巨資開 劈長江第二水源泉和實施黃浦江上游引水工程。由于長江 位于遠離市區(qū)的北面，只能為上海北部地區(qū)的水廠供水， 且長江源水受長江入?？诤Ｋ构嗟挠绊懛浅乐?，水源 地避咸設施的投資昂貴。而大部分位于市區(qū)中部及南部地 區(qū)的水廠仍只能依賴黃浦江水源，雖然實施了

5、上游引水工 程，水質有所改善，但由于黃浦江水量有限，其總體水質 狀況仍出現下降趨勢。為了尋找和探索對付黃浦江水質惡 化的對策，上海自來水公司先后進行過臭氧預處理、生物 接觸氧化塔處理以及活性炭吸附處理等工藝的小型試驗， 并取得了良好成果。隨著上海經濟的不斷發(fā)展，人民生活 水平的提高以及上海將成為國際金融中心之一的目標確定, 提高供水水質已成為一項刻不容緩的任務。為此，上海市 自來水公司于一九九八年提出了實施“上海市自來水深度 處理工藝研究與應用”科研項目的建議，同年經上海市簡 直委批準立項實施。該項目由上海市自來水公司牽頭，組 織了公司科研所、上海市政工程設計研究院以及同濟大學 等單位開展工作

6、。該項目的開題報告中明確了項目性質為 生產研究與應用，并以上海周家渡水廠為試驗基地進行科 研依托工程的建設，以期通過科研所取得的成果直接應用 于生產。此外，開題報告還明確了將在該試驗研究中進行 多種新工藝的研究，其中臭氧的應用是主要的研究內容之o二、臭氧及其在水處理應用中的主要特點1、臭氧的主要特性臭氧是一種高活性氣體，通過對氧氣的放電而形成， 其分子式是03 ,是氧的同素異形體。在常溫常壓下，臭氧 是淡藍色的具有刺激性氣味的氣體。臭氧具有很高的氧化電位（伏），比氯（伏）高出5 0% 以上，因此它具有比氯更強的氧化能力。臭氧是由氧按以 下熱化學方程形成：303-2q2-69 千卡由此反應式可見

7、臭氧的形成是吸熱過程。因此，臭氧 分子極不穩(wěn)定，可自行分解，伴隨著分解過程會放出能量。 所以臭氧比氧具有更高的活性和氧化能力。臭氧氣體穿過氣水間界面向水中傳遞是一個動態(tài)平衡 過程，臭氧氣體向水中的傳遞能力主要與氣液兩相中的傳 遞系數、氣水接觸面積以及氣液間的濃度差有關。臭氧在水中的溶解度大于氧，溫度、氣壓、氣體中的 純臭氧濃度以及水中污染物質的性質和含量是影響臭氧在 水中溶解度的主要因素。溶于水中的臭氧極不穩(wěn)定，很容易分解。溫度及水中 的ph值是影響臭氧分解的主要因素。自然界中的臭氧是由大氣中的氧氣受雷擊后產生，而 人類生產過程中所需的臭氧則是通過臭氧發(fā)生設備，利用 環(huán)境空氣中的氧以及商品氧和

8、空氣分離設備制取的氧來制 造。2、臭氧凈化水的作用機理臭氧一經溶解在水中，會出現下列兩種反應：一種是 直接氧化，它是較緩慢的且有明顯選擇性的反應；另一種 則是在水中輕基、過氧化氫、有機物、腐植質和高濃度的 氫氧根誘發(fā)下自街上分解成甕基自由基，間接地氧化有機 物、微生物和氨等。后一種反應相當快，且沒有選擇性， 另外還能將重碳酸根和碳酸根氧化成重碳酸和碳酸。這兩 種反應中后一種反應更強烈，氧化能力更強。這兩種反應 過程可簡單表示為下圖：由上述反應機理可知，臭氧在任何ph條件均能氧化水 中多種有機物和無機物，如造成水中色、嗅和味的腐植 質、酚、氨氮、鐵、鐳以及硫等還原物質。此外，由于具 有很高的氧化

9、電位和容易通過微生物細胞膜擴散，并能氧 化微生物細胞的有機物或破壞有機體鏈狀結構而導致細胞 死亡，臭氧能夠殺藻，對一些頑強的微生物如病毒、芽抱 等有強大的殺傷力。3、臭氧在不處理中的應用特點臭氧用于凈水工藝已有悠久歷史，幾乎與最常用的氯 同時開始被采用。但迄今為止，由于臭氧設備的復雜和投 資大，且耗電量較高，臭氧用于凈水只在少數國家較普遍, 特別在法國、德國、瑞士等歐洲國家應用較多。由于懷疑 水中的有機物和天然物質與氯發(fā)生反應形成的三氯甲烷具 有致癌性，自二十世紀九十年代起，美國、英國和日本等 國家也逐步在飲用水處理中采用了臭氧處理工藝，以取代 氯的作用。目前，許多發(fā)達國家以及我國少數地方將臭

10、氧用于飲 用水處理，主要采用如下的幾種的反應技術： a、臭氧預處理即在常規(guī)凈水工藝前增設臭氧工藝。這種方法用以取 代以往預氯化的工藝后，不僅能起到與預氯化相當的效果, 而且可避免預氯化后產生大量三氯甲烷之類的致癌物質生 成。同時還可以起到預氯化無法達到的作用，如臭氧可氧 化許多小分子機構以及分解大分子有機物成為小分子有機 物，從而使得水中因腐植質引起的色、嗅和味經過臭氧氧 化能被有效去除。此外，臭氧對處于還原狀態(tài)的猛和硫的 去除能力也是氯所不能企及的。但是，臭氧對氨的去除效果不如氯，為了去除氨氮， 需要大劑量投加和較長的反應時間。b、臭氧與顆?；钚蕴窟^濾相結合的臭氧生物活性炭處 理這種工藝通常

11、設在常規(guī)凈水工藝后，作為對水的深度 處理，以去除常規(guī)工藝無法去除的各種有機物及由此引起 的色、嗅和味等。這一工藝中臭氧的作用有兩個方面。其 一是直接將部分能被其氧化成無害物質的污染物去除。其 二是將大分子有機物分解成可為生物降解的小分子有機物, 同時利用臭氧分解后產生的氧使水中的溶解氧充足，從而 為后續(xù)活性炭處理中的生物降解提供必要的條件。通常經 過臭氧生物活性炭處理后的水，其中形成三氯甲烷的前驅 物質已大為降低，因此，這些水再經最終的氯消毒后較少 生成三氯甲烷等物質。c、臭氧消毒由于臭氧具有比氯更高的氧化能力，因此用臭氧代替 氯來對水進行消毒，其消毒效果更佳，且劑量小、作用快, 并不會產生三氯甲烷等有害物質，同時也可大為改觀水的 口感和觀感。對一些頑強的病毒，臭氧的滅活作用遠高于 氯。但是，由于水中臭氧分解速度快，經臭氧消毒的水中 剩余消毒劑維持的時間很短。所以，為了使水中一定量的 剩余消毒劑水平能維持較長時間，通常經臭氧消毒后的水 需投加少量的氯。無論是臭氧在凈水工藝用于何種用途和場合，臭氯凈 水系統(tǒng)的基本組成通常應包括氣源設備、臭氧發(fā)生、臭氯 接觸以及尾氣處置四