臭氧在自来水厂深度处理中的设计与应用
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摘要：臭氧活性炭深度处理工艺是非常重要的一种处理工艺，是对出水水源进行改善的一种重要方式，本文重点对臭氧在自来水厂深度处理中的设计与应用进行了分析和研究，以供参考。
关键词：臭氧;自来水厂;深度处理;设计;应用
中图分类号：X52 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2019）07-0-02
Abstract：The advanced treatment process of ozone activated carbon is a very important treatment process and an important way to improve the effluent water source. This paper focuses on the analysis and research of the design and application of ozone in the advanced treatment of waterworks. reference.
Key words：Ozone;Water plant;Advanced treatment;Design;Application
1 臭氧水处理的机理介绍
臭氧在与水相融之后会发生两种反应，首先，可以产生直接氧化的作用，选择性较高、反应速度较慢，容易和苯酚等一系列芳香化合物以及胺类物质、乙醇等进行反应;其次是臭氧在分解的过程中会出现羟基-自由基而产生裂变反应，这种反应会产生大量具有强氧化性，而且非常活泼的单原子氧，可以将水中的一些有机物质、微生物、细菌等瞬间分解，具有较好的水处理功能。
2 某自来水厂深度处理设计
综合分析技术及经济的因素，当前，在水厂深度处理中使用最多的就是臭氧活性炭联用技术。臭氧活性炭联用技术主要是在活性炭池当中适当的加入一定量的臭氧，这种臭氧在接触反应是当中会进行充分的氧化反应，让水中的有机物快速氧化降解，将一些大分子的物质逐步向小分子转变或者直接被氧化掉，生成一些小分子，被活性炭所吸附。这样可以让活性炭去除水中有机物的能力大幅度的提高，可以让活性炭的使用寿命有效延长，发生氧化反应能够让有机物的可生化性大幅度提高，让部分物质溶解，在胶体有机物进行絮凝之后，可以让它们成为一种可过滤或可沉淀的物质，能够让水质大幅改善，将水中的铁、锰、色度、有机物等有效去除。
3 臭氧系统的构成
3.1 气源气系统
臭氧系统使用的原料气主要是氧气和空气，氧气又分为两种，一种是外购的液氧，一种是现场制氧。在选择气源气的过程中，主要需要重视以下几项问题，首先需要具体分析单位臭氧的综合成本，比如说气源气、电耗、设备运行维护的费用以及设备租赁的费用等;其次，需要对臭氧的需求量进行重点分析，确认供水量;第三需要保证设备的管理符合要求，并且设备处于稳定运行的状态。在实际运行的过程中，主要使用液氧对臭氧系统进行供气。
3.2 臭氧发生器
3.2.1 放电管部分
在臭氧发生器当中，放电管是非常重要的，利用接地和放电管的无声放电可以将氧气的化学键打断，并且对其进行重新组合，而出现臭氧。在臭氧发生器当中，核心在于介质阻挡双间隙放电技术，这种技术在实际使用的过程中效果较好。原料气流在通过绝缘介质以及臭氧发生器罐体接地极的过程中会出现一定的间隙，这些间隙间会产生高压放电等情况将氧气电离，形成臭氧。
3.2.2 电源/控制装置
电源/控制装置在臭氧发生器当中起到控制各环节运行以及供电等功能，是非常重要的一项设备。在电源装置当中，高频电流型变频器（IGBT）是最重要的设备，起到整流电路的作用，主要是把三相工频电向直流电转换，整流元件可以通过二极管或者可控硅控制，通过电源控制电路来调节整个整流可控硅导通角，或者利用多重化整流来控制直流电压，得以合理的控制整流电路，平波电抗器能够防止在放电的过程中由于负载变动而出现高电压，可以确保整个设备处于可靠运行的状态。
3.3 冷却水系统
在设计臭氧发生器系统的过程中，需要合理的设计冷却水系统以及冷却水循环系统，主要包含了水泵、阀门、仪表、膨胀罐、换热器、底座等，外循环水通过水冷却系统的板式换热器之后。会逐步向外环境释放出大量的热量，不会由于环境温度而产生影响。
3.4 臭氧投加系统
3.4.1 预臭氧投加系统
在设计预臭氧投加系统的过程中，通过文丘里水射器让臭氧和被处理的水之间进行充分的混合接触和反应，旁路水流利用提升泵进行增压，通过文丘里水射器在接触池当中投加，通过水射器之后的高压水流会出现负压，把臭氧吸入水流当中，与水进行充分的混合，在水射器当中，往往会有较高的水压的水流，可以让扩散喷嘴中产生的臭氧变成无数气泡，让水流和气流之间的接触面积大幅度增加，最大化提高臭氧的反应效率，含有臭氧的水向主管/接触池当中通入，臭氧气体通过流量计的过程中，利用流量控制阀来对其进行合理的控制，在泵水设计投加系统当中还设置了手动控制蝶阀，通过这些阀门可以定时对其进行关闭，主要起到维护作用，避免进气管路的一些参数超过设定阈值，在管路当中，还会设置相应的压力开关阀门。
3.4.2 后臭氧投加系统
臭氧投加的主要目的是对常规的出水指标进一步改善。投加方式一般采用2段投加和3段投加法。为了进一步提高臭氧传质效率以及有机物去除效率，降低后续出水余臭氧浓度，最佳的投加方式是3段投加，投加量从前到后降低。曝气系统主要通过不锈钢支架和陶瓷曝气盘共同组成，需要保证材料不能被臭氧水所腐蝕或者溶解，曝气系统当中使用的材料主要是316L不锈钢或者使用其他一些更好的密封材料，来确保防腐的效果。与此同时，还要进行手动球阀的配置，主要目的在于维护接触池的过程中，防止臭氧向接触池外流出。
4 运行效果
某自来水厂设计规模20万m?/d，水厂自用水量5%。预臭氧接触池2座，规模为20万m?/d，有效水深6.5m，接触时间5min，臭氧投加量0.5～1.5mg/L;后臭氧接触池2座，规模为20万m?/d，有效水深7.0m，臭氧投加量1.0～2.5mg/L，单座接触时间15min，三段投加，各段接触时间依进水方向约为4.0min、5.5min、5.5min，各阶段按50%、25%、25%布气。按臭氧投加量配置臭氧发生器，采用臭氧发生器3台，臭氧浓度为10%wt时，单台产量为13.5kg/h，当臭氧浓度为6%wt时，单台产量为17.5kg/h，臭氧浓度在6～12%之间可调。在深度处理臭氧系统使用之后，对剩余氨氮的去除率超过了70%，CODmn的去除率也超过了70%，这就说明臭氧活性炭深度处理工艺和常规处理工艺相比，能够更好地去除有机物，具有较好的效果，符合设计的具体需要。
5 结束语
臭氧能够将水中的微量有机物污染物有效去除，可以让水中的AOC浓度明显降低。在设计和应用的过程中，本系统依然产生了一定的问题，在解决问题的时候，需要相关技术人员进一步的摸索和研究，只有如此才能让臭氧系统的处理水平提高。
参考文献
[1]中国住建部.城镇供水设施改造技术指南[J].城镇供水，2010（1）：7-9.
[2]罗本福，宁海燕，杨曦.四川什邡某自来水厂臭氧-活性炭深度处理工艺分析[J].西华大学学报（自然科学版），2013（4）：25.
收稿日期：2019-01-02
作者简介：颜丙乾（1989-），男，汉族，硕士研究生，技术工程师，研究方向为水厂深度处理、污泥干化处理。
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