臭氧在上海周家渡水廠試驗基地工程中的應(yīng)用

1、臭氧在上海周家渡水廠試驗基地工程中的應(yīng)用摘要：本文以飲用水水源受污染后各種相應(yīng)的凈水工 藝不斷出現(xiàn)為背景，敘述并介紹了其中的臭氧技術(shù)的應(yīng)用 特點及其在上海周家渡水廠試驗基地工程中的應(yīng)用情況， 并對就用的成果進行了展望。關(guān)鍵詞：水源泉污染臭氧有機物色度一、應(yīng)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(chǎn)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(chǎn)及人們生活中產(chǎn)生的大量 未經(jīng)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(xiàn)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(yán)重的地面下沉現(xiàn)象，對城市各類建筑及 公共設(shè)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(xiàn)象在我國也同樣存在，并且狀況較 為嚴(yán)重。這些現(xiàn)象的出現(xiàn)正對人類的活動及社會進步構(gòu)成 了嚴(yán)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(dá)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(guān)的科研機構(gòu)或大學(xué)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(zhì)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(xiàn)并日趨成 熟。目前較具有代表性的主要有各種預(yù)處理工藝和深度處 理工藝的逐漸被應(yīng)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(yīng)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(jì)八十年代，與發(fā)達(dá)國家比起步較晚。但經(jīng)過二十年的 大量工作，已在許多新工藝的機理和基礎(chǔ)研究方面取得了 不少成果。其中較有影響的主要有生物預(yù)處理工藝、投加 臭氧或高猛酸鉀等強氧化劑的化學(xué)預(yù)處理工藝，以及投加 粉末活性炭的物理化學(xué)預(yù)處理工藝等。而深度處理則有顆 粒活性炭吸附以及臭氧氧化結(jié)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(yīng)用被證明對微污染水源的處理具有較好的效果。但限于 經(jīng)濟條件，大部分研究僅處于小試驗階段，很少有進行生 產(chǎn)試驗和直接應(yīng)用于生產(chǎn)。上海是我國最大的工業(yè)城市，是全國的經(jīng)濟中心之一。 上海城市供水的規(guī)模及服務(wù)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(dāng)嚴(yán)重。為了保證供水水質(zhì), 上海的供水部門不得不在二十世紀(jì)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(yuǎn)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?yán)重，水源 地避咸設(shè)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(zhì)有所改善，但由于黃浦江水量有限，其總體水質(zhì) 狀況仍出現(xiàn)下降趨勢。為了尋找和探索對付黃浦江水質(zhì)惡 化的對策，上海自來水公司先后進行過臭氧預(yù)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(jīng)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(biāo)確定, 提高供水水質(zhì)已成為一項刻不容緩的任務(wù)。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(yīng)用”科研項目的建議，同年經(jīng)上海市簡 直委批準(zhǔn)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(shè)計研究院以及同濟大學(xué) 等單位開展工作

6、。該項目的開題報告中明確了項目性質(zhì)為 生產(chǎn)研究與應(yīng)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(shè)，以期通過科研所取得的成果直接應(yīng)用 于生產(chǎn)。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(yīng)用是主要的研究內(nèi)容之o二、臭氧及其在水處理應(yīng)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(lán)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(xué)方程形成：303-2q2-69 千卡由此反應(yīng)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(shù)、氣水接觸面積以及氣液間的濃度差有關(guān)。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(zhì)的性質(zhì)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(chǎn)生，而 人類生產(chǎn)過程中所需的臭氧則是通過臭氧發(fā)生設(shè)備，利用 環(huán)境空氣中的氧以及商品氧和

8、空氣分離設(shè)備制取的氧來制 造。2、臭氧凈化水的作用機理臭氧一經(jīng)溶解在水中，會出現(xiàn)下列兩種反應(yīng)：一種是 直接氧化，它是較緩慢的且有明顯選擇性的反應(yīng)；另一種 則是在水中輕基、過氧化氫、有機物、腐植質(zhì)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(yīng)相當(dāng)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(yīng)中后一種反應(yīng)更強烈，氧化能力更強。這兩種反應(yīng) 過程可簡單表示為下圖：由上述反應(yīng)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(zhì)、酚、氨氮、鐵、鐳以及硫等還原物質(zhì)。此外，由于具 有很高的氧化

9、電位和容易通過微生物細(xì)胞膜擴散，并能氧 化微生物細(xì)胞的有機物或破壞有機體鏈狀結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致細(xì)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(yīng)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(shè)備的復(fù)雜和投 資大，且耗電量較高，臭氧用于凈水只在少數(shù)國家較普遍, 特別在法國、德國、瑞士等歐洲國家應(yīng)用較多。由于懷疑 水中的有機物和天然物質(zhì)與氯發(fā)生反應(yīng)形成的三氯甲烷具 有致癌性，自二十世紀(jì)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(dá)國家以及我國少數(shù)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(yīng)技術(shù)： a、臭氧預(yù)處理即在常規(guī)凈水工藝前增設(shè)臭氧工藝。這種方法用以取 代以往預(yù)氯化的工藝后，不僅能起到與預(yù)氯化相當(dāng)?shù)男Ч? 而且可避免預(yù)氯化后產(chǎn)生大量三氯甲烷之類的致癌物質(zhì)生 成。同時還可以起到預(yù)氯化無法達(dá)到的作用，如臭氧可氧 化許多小分子機構(gòu)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(zhì)引起的色、嗅和味經(jīng)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(yīng)時間。b、臭氧與顆粒活性炭過濾相結(jié)合的臭氧生物活性炭處 理這種工藝通常

11、設(shè)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(zhì)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(chǎn)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(jīng) 過臭氧生物活性炭處理后的水，其中形成三氯甲烷的前驅(qū) 物質(zhì)已大為降低，因此，這些水再經(jīng)最終的氯消毒后較少 生成三氯甲烷等物質(zhì)。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(chǎn)生三氯甲烷等有害物質(zhì)，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(yuǎn)高于 氯。但是，由于水中臭氧分解速度快，經(jīng)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(jīng)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(yīng)包括氣源設(shè)備、臭氧發(fā)生、臭氯 接觸以及尾氣處置四