您當前的位置：一、應用背景及現(xiàn)狀
自20世紀90年代起，由于懷疑水中的某些有機物和天然物質(zhì)與氯發(fā)生反應后形成的三鹵甲烷具有致癌性，且用氯這種消毒方法對水酸堿度有一定的要求，越來越多的國家和地區(qū)對臭氧在水處理中的應用產(chǎn)生了興趣，逐步在飲用水系統(tǒng)中采用了臭氧處理工藝。隨著我國人們生活品質(zhì)的提高，對飲用水水質(zhì)提出了更高的要求，氯氣逐漸被臭氧取代，成為自來水清毒處理的主流技術。目前，臭氧消毒技術已經(jīng)廣泛用于城市自來水、工農(nóng)業(yè)與生活污水處理工藝中。特別是近些年來，水處理業(yè)引入了 O3/BAC的處理工藝后，以其突出的優(yōu)點在我國經(jīng)濟發(fā)達的長江三角洲、珠江三角洲地區(qū)得到了迅速推廣，與工藝相配套的臭氧設備也得到了應用。
二、臭氧應用技術原理
1.臭氧對無機物污染物的去除
在采用臭氧預氧化進行給水處理時，可有效去除無機的鐵、錳等金屬離子。當二價鐵和二價錳共同存在時，臭氧首先會被二價鐵迅速消耗，所以對含鐵和錳的地下水，臭氧投加量較低時，錳離子的氧化率一般較低（右圖為合肥某自來水廠夏季針對錳突發(fā)性增長，采用臭氧預氧化除錳效果見圖1）。地表水中的有機物會影響鐵和錳的去除，在投加臭氧劑前應先去除。硫化物和氰化物通過與臭氧反應生成SO2、H2S04和N2、CO2、H2C03等物質(zhì)從而得到去除。臭氧無法去除水中的氨氮，氨氨含量反而可能會隨著臭氧投量的增加而升高。雖然臭氧可將氨氧化成硝酸鹽，但在中性條件下反應很慢，臭氧預氧化還可將水中硫化氫氧化成硫酸根，將亞硝酸鹽氧化成硝酸鹽。
2.臭氧對有機污染物的去除
在進行水處理的時候，關于水的色度的去除，其中比較容易去除的是光吸收和散射引起的表色較易去除，溶揮性有機物引起的真色較難去除。致色有機物的特征結構是帶雙鍵和芳香環(huán)，代表物是腐殖酸和富里酸。臭氧通過與不飽和官能團反應、破壞碳碳雙鍵而去除真色，同時臭氧可氧化鐵、錳等無機呈色離子為難溶物。
水的嗅味主要由腐殖質(zhì)等有機物、藻類、放線菌、真菌以及過量投氯引起，現(xiàn)已查明主要致臭物有土臭素、2-甲基異冰片、2，4，6-三氯回香臭等。臭氧通過與其它技術聯(lián)用的手段，會增加其除嗅味的能力。Toshio等在原水土臭素、2-甲基異冰片濃度分別為0.8/L，1.0/L時，采用0.5mg/L，2.0mg/L預氧化對兩種致臭物的去除率比采用2.0mg/L預氧化的值高40%。（采用臭氧氧化對色度去除效果圖如上圖所示）
3.改善感官、除色除異味
在進行水處理的時候，關于水的色度的去除，其中比較容易去除的是光吸收和散射引起的表色較易去除，溶揮性有機物引起的真色較難去除。致色有機物的特征結構是帶雙鍵和芳香環(huán)，代表物是腐殖酸和富里酸。臭氧通過與不飽和官能團反應、破壞碳碳雙鍵而去除真色，同時臭氧可氧化鐵、錳等無機呈色離子為難溶物。
水的嗅味主要由腐殖質(zhì)等有機物、藻類、放線菌、真菌以及過量投氯引起，現(xiàn)已查明主要致臭物有土臭素、2-甲基異冰片、2，4，6-三氯回香臭等。臭氧通過與其它技術聯(lián)用的手段，會增加其除嗅味的能力。Toshio等在原水土臭素、2-甲基異冰片濃度分別為0.8/L，1.0/L時，采用0.5mg/L，2.0mg/L預氧化對兩種致臭物的去除率比采用2.0mg/L預氧化的值高40%。（采用臭氧氧化對色度去除效果圖如上圖所示）
4.助凝
在利用臭氧預氧化對水進行處理的時候，會使水產(chǎn)生絮凝。有關科研人員對此進行了相關研究，發(fā)現(xiàn)臭氧預氧化產(chǎn)生絮凝的可能機理是：增加水中含氧官能團有機物（如梭酸等），使其與金屬鹽水解產(chǎn)物、鈣鹽等形成聚合體，降低無機顆粒表面NOM的靜電作用，引起溶解有機物的聚合作用，形成具有吸附架橋能力的聚合電解質(zhì)，使高穩(wěn)定性藻類脫穩(wěn)、產(chǎn)生共沉淀等。影響預臭氧化助凝效果的主要因素是：原水TOC、硬度、預臭氧以及絮凝條件、藻類種類及數(shù)量、濁度等。不同原水的預臭氧化助凝效應差別較大，對低Toe含量（2mg/L）目硬度與Toe比值大于25mg/mgTOC的原水較易于發(fā)生微絮凝，對中高TOC含量的原水進行預臭氧化或者采用高臭氧量和pH，則可能產(chǎn)生過多高電荷、小分子有機物，不利于改善絮凝和過濾效果。
5.臭氧對致病菌的滅活
眾所周知，臭氧是一種強效滅菌氧化劑，對細菌有很強的殺滅作用，滅菌過程屬生物化學氧化反應。臭氧分降時釋放的新生態(tài)氧具有極強的氧化能力，氧化分解細菌內(nèi)部葡萄糖所必需的酶，使細菌死亡；新生態(tài)氧可滲入細胞膜組織，與外膜的脂蛋白和內(nèi)膜的脂多糖作用，使細菌發(fā)生通透性畸變而死亡；新生態(tài)氧直接與細菌、病毒作用，破壞細胞器、DNA和RNA，使細菌的新陳代謝受到破壞而死亡。臭氧首先作用于病毒的衣體殼蛋白的四條多肽鏈，并使RNA受到損傷，特別是破壞形成病毒的蛋白質(zhì)。噬菌體被臭氧氧化后，電鏡觀察其表皮破碎成眾多碎片，并釋放出許多核糖核酸，干擾其吸附到寄存體上。臭氧對病毒及原生動物都有很強的滅活作用。
6.控制氯化物消毒副產(chǎn)物
在進行水處理時，進行氯化消毒過程中會產(chǎn)生副產(chǎn)物三鹵甲烷，富里酸和腐殖酸是主要的前質(zhì)。有研究報道臭氧氧化通過將腐殖質(zhì)分解為低分子量化合物，可以達到降低三鹵甲烷生成勢(THMFP）的作用。預臭氧化去除氯化消毒副產(chǎn)物(DBPs）前驅物質(zhì)的效果取決于原水水質(zhì)及預臭氧化條件，主要是TOC及Br含量、有機物性質(zhì)。是氧投量及時間、水溫、pH等。在常用的消毒方式中，氯消毒是產(chǎn)生氯化消毒副產(chǎn)物最多的消毒方式，其中消毒副產(chǎn)物會對人體產(chǎn)生傷害，如上表所示：
7.氨氮副產(chǎn)物
水體中氨氮超標，其一，如果長期飲用氨氮超標的水質(zhì)，氨氮轉化形成亞硝酸鹽，水中的亞硝酸鹽將和我們體內(nèi)蛋白質(zhì)相結合形成亞硝胺，這是一種強致癌物質(zhì)對健康極為不利；其二，引發(fā)的游離氯，隨著PH呈堿性增加不斷增加，導致藻類大量繁殖，水體發(fā)黑發(fā)臭，氨氮含量高時導致魚類死亡。
其中蘇州某自來水廠原水質(zhì)氨氮（以N計），最高值0.22mg/L,最低值0.22mg/L,平均值0.14mg/L,經(jīng)研究表明，采用臭氧預氧化技術對氨氮去除會有一定效果，投加預臭氧時常規(guī)工藝對氨氮去除較未投加時明顯增加，氨氮去除率可由21%增至79%（如上表所示）；
8.控制藻類
藻類問題一直是給水處理中普遍的一個問題。當水中的藻類合量過高時，會直接影響絮凝和沉淀，增加絮凝劑的用量；堵塞濾池，縮短濾池過濾周期；致臭并產(chǎn)生藻毒，和氯作用形成氯化消毒副產(chǎn)物，降低飲用水安全。研究表明預臭氧化可作為除藻的一種預處理方法，它和常規(guī)處理及其它技術配合使用是處理富營養(yǎng)化水原水藻類問題的有效途徑之一。藻毒素是藻類污染的另一重要方面，在一定條件下臭氧可以有效去除藻毒主要取決于臭氧投加量和原水水質(zhì)。在藻毒素含量均為20Lg/L，保證接觸5 min后水中存在殘余臭氧時，即可將LR和LA型藻毒素完全去除；而全部去除念珠藻毒素-a需保證0.06 mg/L的殘余氧；奧氧對藻毒素綜合去除率能達到96%。
三、工藝流程選擇
水廠常采用O3+常規(guī)處理+O3-BAC工藝（供參考）。
四、臭氧在自來水處理中應用的目的及優(yōu)點
1、應用預臭氧氧化的作用目的
1.1 對鐵、錳的氧化能力強。——初步氧化去除高濃度有機物（DOC）、鐵、錳；
1.2 改善絮凝和過氯效果，減少絮凝劑投加量和反沖洗濾池用水量；
1.3 減少三致物質(zhì)的母體，避免THM（三鹵甲烷）的形成；
1.4 控制藻類——臭氧可以消除一些藻類或限制其生長。臭氧還能夠使某些浮游動物失活，例如移動生物，如白背飛虱；
1.5 氧化無機物質(zhì)如氰化物、碳化物、硝化物。
2、應用主臭氧氧化的作用目的
2.1 改善水質(zhì)的口感、氣味、色度。——對于去除薯蕷皂苷、二甲異茨醇(2-MIB)等的異臭味及源自腐殖質(zhì)等的色度、或去除因氯而成異臭味的酚類均有效果。
2.2 殺死細菌、去除病毒，例如賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲等；
2.3 氧化有機物，增強其有機物的生物降解性。——使高分子物質(zhì)低分子化，硫水性物質(zhì)成親水化，以增加難降解有機物的生物降解性，從而提高后段顆粒活性炭(生物活性炭)的處理性能。例如：苯酚、洗潔精、殺蟲劑和難降解的有機物。
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