臭氧水濃度和臭氧殺菌效果

臭氧水濃度與臭氧殺菌效果臭氧(03)就是184。年以后逐漸被人們認(rèn)識得、臭氧就是由三個氧原子組成得由丁它有較高得氧化還原電位，所以有極強(qiáng)得氧化能力,可以降解水中多種雜質(zhì)與殺滅多種致病菌、霉菌、病毒以及殺死諸如飾貝科軟體動物幼蟲(達(dá)98%)及水生物如劍水蚤、寡毛環(huán)節(jié)動物、水蚤輪蟲等，因而早在1886年在法國就進(jìn)行了臭氧殺菌試驗。1893年在荷蘭3m汁得凈化水廠就投入運(yùn)行。1906年法國尼斯(Nice)建成得臭氧處理水廠一直運(yùn)行到1970年。尼斯水廠被瞧作就是"飲水臭氧化處理誕生地”。我國1908年在福州水廠安裝了一臺德國西門子得臭氧發(fā)生器、到現(xiàn)在世界上已有數(shù)千個臭氧處理自來水廠，1980年加拿大蒙特利爾建成日供水230萬噸消耗臭氧300kg/h得大型水廠，而其中絕大多數(shù)都就是在發(fā)達(dá)國家建設(shè)得，發(fā)展中國家只有少量小規(guī)模應(yīng)用。我國自八十年代以來陸續(xù)有少量自來水廠采用臭氧法,如北京田村水廠(15kg03/h),昆明水廠(33kg03/h),還有一些工礦企業(yè)內(nèi)部水廠，如大慶油田，勝利油田，燕山石化等單位得水廠也都有臭氧設(shè)備在運(yùn)行。與國外規(guī)模比較我國只能說還處在萌芽狀態(tài)。a臭氧水處理之所以在世界上得到長足得發(fā)展，不只就是由于其有效得去雜與殺菌能力，而且在于經(jīng)它處理后在水中不產(chǎn)生二次污染(殘毒)，多余得臭氧也會較快分解為氧氣而不似氯劑在水中形成氯氨、氯仿等致癌物質(zhì),因而被世界公認(rèn)為最安全得消毒劑。在發(fā)展中國家沒有大規(guī)模推廣，其原因就是臭氧處理固定資產(chǎn)投入太高與運(yùn)行電耗太高在資金缺乏得國家在八十年代中期以來，我國眾多瓶裝水廠由于水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求高，而瓶裝水經(jīng)濟(jì)效益也高,而采用了臭氧法處理,小型臭氧發(fā)生器得以較大規(guī)模推廣。正確應(yīng)用臭氧處理水得瓶裝水廠大都能達(dá)到雙零(大腸桿菌，細(xì)菌總數(shù)均為零)得國際標(biāo)準(zhǔn)。心二、影響臭氧水處理滅菌效果得幾個基本因素^由于臭氧水處理就是個新事物，人們尚不太熟悉。有些廠家與施工單位以及臭氧用戶誤認(rèn)為只要一按電鈕，將臭氧氣吹入水中,消毒即告完成。這個誤區(qū)使臭氧得應(yīng)用得不到應(yīng)有得效果，甚至致使有些人對臭氧本身得殺菌能力產(chǎn)生了懷疑。a有得廠家使用極簡易得臭氧發(fā)生器處理瓶裝水，對其產(chǎn)生得臭氧濃度、處理后水溶臭氧濃度都一無所知，殺菌得確實效果令人無法相信。難以應(yīng)用。筆者也曾采訪過一家礦泉水廠每小時5噸水量，設(shè)計單位選用了100g03/h得臭氧發(fā)生器，而在接觸吸收裝置內(nèi)水得停留時間只有幾秒鐘，結(jié)果處理得水不合格，而灌裝間大量臭氧尾氣溢出,工人無法工作。還有一些廠家生產(chǎn)得家用水處理器，無論就是吳氧濃度還就是處理時間都不夠，這樣得水處理器能否生產(chǎn)合格得飲用水,很值得懷疑。因而正確認(rèn)識臭氧在水中得物理、化學(xué)過程與臭氧殺菌得生物化學(xué)過程就是極重要得。由于臭氧在水中溶解得機(jī)理以及臭氧對生物細(xì)胞物質(zhì)交換得影響過程極為復(fù)雜，本文不能詳細(xì)得探討，只就臭氧殺菌做一般性得討論。1a、水溶臭氧濃度與保持時間就是殺菌得必要條件a軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院軍隊衛(wèi)生研究所馬義倫教授等經(jīng)過對炭疽桿菌,枯草桿菌黑色變種進(jìn)行臭氧處理試驗，總結(jié)出殺菌動力學(xué)經(jīng)驗公式:adN/dt=—KNtMCNA其中:N:菌數(shù)t:時間C:水中臭氧濃度m、n就是t與c得指數(shù)K:效率常數(shù)，也可表示細(xì)菌抗力。a由以上公式可以瞧出單位時間得滅菌量就是與水中臭氧濃度及處理時間得若十次療成止比，可見K與N在不變動得情況下要達(dá)到殺菌得目得，必須保證臭氧在水中濃度與一定得接觸時間。2、保證水中臭氧濃度得必要性要保證臭氧在水中得濃度需要很多條件，大致有水溫、氣壓、氣液得相對運(yùn)動速度、臭氧氣作用在液體表面得分壓、臭氧氣得表面積、水得粘度、密度、表面張力等，其中有些因素,如水溫、氣壓、臭氧氣作用在液體表面得分壓至關(guān)重要。也有得，如水得密度、粘滯度、表面張力等，在某一具體條件下就是不變得，就可以不予考慮，現(xiàn)將其中關(guān)系簡單介紹如下：氣液兩相間得傳質(zhì)強(qiáng)度取決于分子與湍流得擴(kuò)散速度可以用一般傳質(zhì)公式表示：u=dG/dt=KF-AC其中：u:傳質(zhì)速度,可用在t時間內(nèi)從氣相傳入液相得臭氧量G確定即dG/dt。K:傳質(zhì)系數(shù),F:氣相與液相得接觸表面積,AC傳質(zhì)過程中得動力，可用臭氧在實際情況下與平衡時得濃度差決定（即水中臭氧濃度與臭氧源中臭氧濃度差別越大傳質(zhì)速度越大）、分析一般傳質(zhì)方程式可以知道，首先要使臭氧盡多地溶入水中，就要盡量加大臭氧與水得接觸表面積F,而這就是接觸裝置決定得。a其次,AC說明臭氧發(fā)生器得濃度越高，越有利于水對臭氧得吸收心第三，傳質(zhì)系數(shù)K則與多種因素有關(guān),K（總傳質(zhì)系數(shù)）為氣相傳質(zhì)系數(shù)K氣與液相傳質(zhì)系數(shù)K液之與，而臭氧屬于低溶解度氣體,K氣可忽略不計。而根據(jù)亨利一道爾頓定律,K液就是多種物理參數(shù)得復(fù)合函數(shù)。aK液=f（T,Pu,w,p,0）其中臭氧溶解量與氣體壓力P成正比而與水溫T成反比、a隨著兩相相對線速度得增大,氣液兩相接觸表面積F及其更新速度也增大，但每個氣泡與液體接觸得時間會減小,因此從綜合效果來瞧，氣體一液體得相對線速度應(yīng)維持在一個范圍內(nèi)較好。a液體得粘滯度u,密度p及氣液間介面表面張力、得提高可使相間表面更新速度降低，并相應(yīng)使K液減小，所以Km與u,p,o成反比，對于各種飲用水，此項可忽略不計。在應(yīng)用中，我們應(yīng)關(guān)注溫度、氣壓兩個參數(shù)，而在設(shè)計接觸裝置時則應(yīng)注意到水流、氣流得相對速度,尤其就是其中得溫度，因為溫度高了不但使水對臭氧得吸收效果下降，而且臭氧本身會因溫度過高而分解。國內(nèi)就曾發(fā)生過試圖用臭氧處理70?°C得水溫而沒有取得任何效果得例證。a1894年梅爾費(fèi)特（Mailfert）根據(jù)前人得實驗報告求出以下臭氧在水中得濃度:a溫度（攝氏度）011、8151927405560a溶解度（L氣/L水）0.640。5O.4560。381O.270.112O。031Oa這組數(shù)據(jù)大致里線性，而且表明臭氧在水中得溶解度大約就是氧得lO—15倍。威諾薩（venosa）與奧帕特金（Opatken）指出，決定臭氧（或任何氣體）在某液體中得溶解度得基本關(guān)系式就是亨利定律。即在一定溫度下，任何氣體溶解于已知體積得液體中得重量,將與該氣體作用在液體上得分壓成正比。a而且此定律可推導(dǎo)出結(jié)論:在標(biāo)準(zhǔn)溫度與壓力下,臭氧就是氧溶解度得13倍。a從亨利定律可以得出結(jié)論:要提高臭氧在水中得溶解度,必須提高臭氧氣在整個氣源中分壓，即提高臭氧源得濃度，如果臭氧源得濃度不夠，處理時間再長，水中臭氧濃度也提不高（因已達(dá)到濃度平衡）。從以上論述,可以得到結(jié)論:1a、為保證殺菌效果，必須保證水中臭氧得一定濃度與處理時間。a2、為保證水中臭氧得一定濃度就需保證:a a.臭氧源得濃度。b.一定得氣溫、a c.水溫不能過高。d。投入水中臭氧氣得比表面積盡量大使臭氧與水得接觸機(jī)會更多。a根據(jù)國內(nèi)外應(yīng)用經(jīng)驗一般水質(zhì)得飲用水消毒處理參數(shù)推薦為:水溶臭氧濃度O.4mg/L,接觸時間為4分鐘,即CT值為1、6。臭氧投加量1—2mg/L,水溫最好在25攝氏度以下。前蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定飲用水中臭氧濃度不低于O。3mg/L。我國瓶裝水行業(yè)推薦灌裝時瓶內(nèi)水臭氧濃度0.3mg/L。a三、目前常用得三種接觸裝置與其效果a前節(jié)已提到接觸裝置得根本目得就是保證臭氧在水中有盡量大得溶解度，為此，就需使臭氧氣與水得接觸面盡量大，有足夠得接觸時間，因而對接觸裝置得基本要求就是:a1、能保證最優(yōu)化得臭氧吸收效果。2、 接觸裝置工作時，工藝參數(shù)控制容易，工作穩(wěn)定，安全性好、3、 能耗（攪拌或輸送水、氣所需動力）最低、a4、最小得體積下有最大得生產(chǎn)能力。a5、結(jié)構(gòu)簡單，用料便宜,制造與維修成本低。a一般常用得接觸裝置有三種:鼓泡塔或池:水射器（文丘里管）與固定螺旋混合器（單用或合用）:攪拌器或螺旋泵:也有兩種以上串聯(lián)使用得，簡介如下:1、鼓泡法:大型水處理用鼓泡池，小型水處理則常用鼓泡塔，它要求鼓泡器有?。◣讉€微米到幾十微米孔徑）得孔徑以增加臭氧得比表面積，而且要求孔徑布?xì)饩鶆?以使水、氣全面接觸,尤其就是在鼓泡池中用多個布?xì)馄鲿r,同時一般要求從水面到布?xì)馄鞅砻?，水深不小?-5m,以利于氣、水充分接觸。a它得優(yōu)點就是:操作方便，可以很容易改變運(yùn)行參數(shù)而不影響投加效果與工作得穩(wěn)定，動力消耗少，鼓泡塔結(jié)構(gòu)簡單，維修方便、a但其體積過于龐大,池式占地面積大，塔式要求較高廠房成本較高。a2、水射器（文丘里管）就是利用高速水流在變徑管道中流動造成得負(fù)壓區(qū)吸入臭氧氣，并形成湍流起到混合效果。a而在文丘里管后設(shè)置固定螺旋混合器則可進(jìn)一步起攪拌水、氣作用，在較長得距離內(nèi)保持湍流狀態(tài)以加強(qiáng)吸收。這種裝置由于混合時間很短，所以在其輸出管道后常常還需加設(shè)貯水罐以增加水、氣接觸時間，并使水流速降低以使尾氣析出、A它得結(jié)構(gòu)比鼓泡塔大大減小，生產(chǎn)成本低，但需加設(shè)水泵以保證水得噴射速度，而且工藝參數(shù)不易掌握，處理水量不能隨意調(diào)節(jié)，否則將發(fā)生氣、液兩相分離，影響吸收效果。3、攪拌法:早期生產(chǎn)得攪拌器類似單缸洗衣機(jī)只就是電機(jī)上置、外筒做成多角型,利用攪拌造成得渦流使氣泡打碎，溶入液體。此類攪拌法效果差，動力消耗大，比鼓泡法體積小但成本并不低，由于有機(jī)械運(yùn)動及臭氧腐蝕，所以機(jī)器壽命低,維修費(fèi)用高。近年有渦輪泵上市,混合效果很好，而且體積小巧,工r藝參數(shù)操作容易,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜成本高,動力消耗大，維修復(fù)雜,在它得管路后而也需設(shè)置貯水罐。a四、臭氧濃度測試由于臭氧就是化學(xué)性質(zhì)極不穩(wěn)定得氣體，收集并短時間內(nèi)測量其在空氣中及在水中得含量就成為比較困難得問題。如前所述，要保證臭氧對水得凈化殺菌目得，需要控制種種參數(shù),其中各項，只有臭氧濃度得量測就是困難得。一些臭氧發(fā)生器生產(chǎn)廠家自己不會測試也不知道自己得產(chǎn)品所產(chǎn)臭氧得濃度，更有個別廠家利用測試?yán)щy肆意夸大自己產(chǎn)品性能，造成極不好得影響,以至影響到人們對臭氧殺菌能力得信任、A應(yīng)該說現(xiàn)在臭氧濃度測試已經(jīng)不難了。在實際應(yīng)用中臭氧濃度就是保證消毒效果得基礎(chǔ)，也就是鑒別臭氧發(fā)生器真正性能得必要手段，因此在推廣臭氧應(yīng)用得同時，應(yīng)該同時推廣臭氧得測量手段、本篇不擬對臭氧測試做詳細(xì)論述，有興趣得同志可參考第五次全國消毒學(xué)術(shù)交流會上李漢忠發(fā)表得有關(guān)文章，這里只作簡單介紹、A1、碘量法:過去最經(jīng)典得測量方法，用臭氧化氣使碘化鉀溶液中得碘游離出來而顯色然后用硫代硫酸鈉滴定還原至無色，以消耗得硫代硫酸鈉數(shù)量計算臭氧濃度。此法顯色直觀設(shè)備便宜，但要用各種藥品、洗瓶、量筒、天平、滴定管等化學(xué)試驗設(shè)備使用不方便，且易受其它氧化劑（如N0、CL等）干擾,1比法目前仍為我國得標(biāo)準(zhǔn)測量方法。AA2、紫外吸收法:利用臭氧對波長入=254nm紫外光得最大吸收值，使紫外光在臭氧氣氛中衰減,再經(jīng)光電元件、電子電路（比較電路，數(shù)據(jù)處理，數(shù)模轉(zhuǎn)換）得到數(shù)據(jù)輸出，此方法精確，可連續(xù)在線量測。己被美國等工業(yè)先進(jìn)國家選為標(biāo)準(zhǔn)方法，但該儀器價格較貴，一般作為檢測單位與生產(chǎn)、科研單位使用、A3、電化學(xué)法:利用水中臭氧在電活化表面產(chǎn)生得電化學(xué)還原作用，電化回路中電流變化曲線與溶液中臭氧濃度成正比，這種儀器具有數(shù)據(jù)輸出功能，可在線測量而且能實現(xiàn)對臭氧發(fā)生器得閉環(huán)反饋控制價格比紫外法便宜，體積也較小、目前在大型水處理工程中應(yīng)用。4、比色法:與碘量法同為化學(xué)法,就是利用臭氧對化學(xué)試劑反應(yīng)發(fā)生得顯色或脫色現(xiàn)象確定臭氧濃度、它可用碘化鉀、鄰聯(lián)甲苯胺或靛蘭染料等多種化學(xué)物質(zhì)，可直接肉眼觀察與標(biāo)準(zhǔn)色管或比色盤比較，也可用分光光度計檢測,此法簡單易行，成本不高，在我國目前水平適于推廣，但測試藥品就是一次性消耗品、5、DPD臭氧水濃度測