水厂臭氧消毒处理

臭氧活性碳技术是目前国际上最先进的自来水处理工艺，在日、美、欧等发达国家已广泛采用，目前我国昆明，大庆的自来水 厂已开始采用该技术，取得了明显的效果，上海、杭州等地也在实施中，采用臭氧消毒处理是水厂消毒的发展趋势。

一、对臭氧在水处理中的应用

20世纪90年代起，由于怀疑水中的有机物和天然物质与氯发生反应形成的三卤甲烷具有致癌性，美国、日本和英国等国家也逐渐对臭氧在水处理中的应用产生了兴趣，并逐步 在一些饮用水处理系统中采用或增设了臭氧处理工艺。

由于臭氧比氯有较高的氧化电位，因此它比氯消毒具有更强的杀菌作用。对细菌的作用也比氯快，消耗量明显较小，且在很大程度上不受PH的影响。有关资料报道，在0.45mg/L臭氧作用下，经过2min，脊髓灰质炎病毒即死亡；如用氯消毒，则剂量为2mg/L时需经过3h。当1mL水中含有274~325个大肠菌，在臭氧剂量为1mg/L时可降低在肠菌数86%；剂量为2mg/L时，水几乎可以完全被消毒。

较之传统的氯消毒方法，臭氧消毒还有如下优点：

（1） 消毒的同时可改善水的性质，且较少产生附加的化学物质污染。

（2） 不会产生如氯酚那样的臭味。

（3） 不会产生三卤甲烷等氯消毒的消毒副产物。

（4） 臭氧可就地制造获得，它只需要电能，不需任何辅料和添加剂。

（5） 某些特定的用水中，如食品加工，饮料生产以及微电子工业等，臭氧消毒 不需要从已净化的水中除去过剩杀菌剂的附加工序，如用氯消毒 时的脱氯工序 。由于臭氧在水中很不稳定，容易分解，如接触池口处水中剩余臭氧尚有0.4mg/L,但经过水厂清水池的停留后，水中的剩余臭氧已完全分解，没有剩余消毒剂的水将进入管网。因此，经过臭氧消毒的自来水通常在其进入管网前还要加入少量的氯或氯胺，以维持水中一定的消毒剂剩余水平。


臭氧的主要特性和消毒机理

1）臭氧的主要物理、化学特性臭氧是一种高活性的气体，通过对氧气的放电而形成，其分子式是O3，是氧的同素异形体。臭氧最显著的特性是具有强烈的气味，臭氧的英文词为“OZONE”，来源于希腊语，意为“味道”。在常温常压下，臭氧是淡蓝色的具有强烈刺激性气味的气体。臭氧具有很高的氧化电位（2.076V），比氯（1.36V）高出50%以上，因此它具有比氯更强的氧化能力。臭氧是由氧按以下热化学方程式形成： 3O3 → 2O3-69kcal 由上式可见臭氧的形成是吸热过程,因此,臭氧分子极不稳定,可自行分解,伴随着分解过程全放出能量因此,臭氧比氧具有更高的活性和氧化能力。

2）臭氧气体向水中的传递能力也可表示为：单位时间内的传递能力=传递系数×交换面积×交换电位这里所指的交换 电位不仅与气液的浓度差有关，而且与臭氧和水中物质发生直接化学反应的活性有关。许多实验表明，臭氧气体要溶解在水中，首先必须在与之接触的液体表面上完全扩散进而溶解在表面的液体中，最终扩散到液体的内部。因此，气液两相间的传递率主要由下列因素所决定：

（1） 气液两相的物理特性；

（2） 气体通过气液界面的浓度差；

（3） 气体湍流的程度。

3）臭氧在水中的溶解浓度大于氧。

臭氧在水中的溶解一般遵循亨利定律。对臭氧在水中的溶解度的主要影响因素是温度和供气压力。由于臭氧采用在使用现场利用空气或氧气就地制备，制备出来的臭氧气体实际上是一种臭氧化气体，属于混合气体，其中含有大量的空气和氧气。而亨利定律表示的是某一单纯气体在水中的溶解规律，所以，臭氧在水中的溶解特性除了与上述的温度和供气压力有关外，还与供气中含臭氧的浓度有关。此外，在一定的大气压力下，臭氧在水中的浓度与供气中的臭氧浓度有关。虽然臭氧在水中的溶解度大于氧，但溶于水中的臭氧极不稳定，很容易分解。

2.臭氧的氧化反应和消毒机理

臭氧一经溶解在水里，会出现下列两种反应：一种是直接氧化，它是较缓慢的且有明显选择性的反应；另一种则是在水中羟基、过氧化氢、有机物、腐殖质和高浓度的氢氧根诱发下自行分解成羟基自由基，间接地氧化有机物、微生物或氨等。后一种反应相当快，且没有选择性，另外还能将重碳酸根氧化成重碳酸和碳酸。这两种反应中后一种反应更强烈，氧化能力更强。由于氢氧根和有机物等能诱发臭氧自行分解成羟基自由基，所以低ph条件下有利于臭氧直接氧化反应，而高ph值和有机物含量高的条件下则有利于羟基自由基的间接氧化反应。臭氧的自行分解率在很大程度上取决于ph值、温度、UV值、臭氧浓度以及水中存在的其他可去除物。其分解速率可由余臭氧的含量来间接表示。由于重碳酸盐和碳酸盐（尤其是碳酸盐）具有较强的缓冲性能，因此在低PH和高缓冲性能的余臭氧可维持较长时间。臭氧可杀菌消毒的作用主要与它的高氧化电位和容易通过微生物细胞膜扩散有关。臭氧能氧化微生物细胞的有机物或破坏有机体链状结构而导致细胞死亡。因此，臭氧对顽强的微生物