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汙水和再生水的臭氧消毒

文章出處:AG贵宾会環境 人氣: 發表時間:2018-06-08 15:14

 

世界上許多麵臨著嚴重水危機的國家都在積極回用城市汙水,以解決水資源短缺的問題。近年來,汙水回用的實例越來越多,如綠地和植被的灌溉、蓄水、市政用水、衝廁水、工業回用和補給地下水和水庫等。無論在汙水外排還是再生水,氯都是最常用的消毒劑,由於氯消毒過程會產生大量有毒副產物,尋找有效的氯替代物成為研究和討論的熱點。臭氧為無色、有輕微氣味的氣體,是一種強氧化劑,有極強的消毒、殺菌功效,消毒副產物少,被稱為綠色消毒劑,廣泛應用於飲用水、遊泳池等的消毒。

 

 

1、臭氧消毒的機理與特點

1.1臭氧消毒機理

一般認為,臭氧在水中滅菌有兩種方式:一種是臭氧直接作用於細菌的細胞壁,將其破壞並導致細胞的死亡;另一種是臭氧在水中分解時釋放出自由基態氧。自由基態氧具有強氧化能力,可以穿透細胞壁,破壞其細胞器和核糖核酸,使細菌的物質代謝和繁殖過程遭到破壞;還可以滲透細胞膜組織,促進細胞的溶解死亡。還有學者認為,臭氧作用於細胞的表麵,改變了細胞膜的滲透特性,最終導致細胞組分泄露到中間介質中。

1.2臭氧的消毒特點

1.2.1臭氧消毒滅菌的優點

臭氧滅菌屬溶菌級,殺菌徹底,無殘留,殺菌廣譜,可殺滅細菌繁殖體和芽孢、病毒、真菌等,並可破壞肉毒杆菌毒素,且反應快、投量少;臭氧消毒的適應能力強,在pH5.69.8、水溫037的範圍內消毒性能受影響很小;不產生持久性殘餘,無二次汙染;與氯消毒劑聯用可大幅減少氯的使用量;臭氧消毒後補加少量氯消毒劑,可大幅減少THMs的產生;臭氧消毒後增加汙水的絮凝沉降性能。

1.2.2臭氧用於汙水回用消毒的缺點

臭氧不易溶於水中,且不穩定;汙水消毒時受水質的影響較大,所含有少量的有機物會增大臭氧消耗量,消毒成本增加;當臭氧接觸時間不足時,有機物不完全氧化產生醛、酮類等有毒有害物質;若水中含有Br離子,臭氧會將溴離子氧化為亞溴酸根(BrO2-)、溴酸根(BrO3-)、溴仿、二溴已腈、二溴乙酸、溴化氰等溴化有機副產物。

 

2、臭氧消毒效果的影響因素

臭氧在用於飲用水消毒時具有極高的殺菌效率,但在汙水消毒時往往需要較大的臭氧投加量和較長的接觸時間。影響消毒效果的主要因素總結如下。

2.1水質影響

主要是水中含CODNO2--N、懸浮固體、色度等,這些物質會消耗水中的臭氧。有時還出現汙水臭氧消毒後COD增加的現象,這主要是因為臭氧將水中難降解的惰性物質氧化為小分子物質或者將一些環狀有機物開環,從而提高了原水的BDOC,在臭氧消毒之前對原水進行預處理,盡量徹底的去除有機物是十分必要的。

2.2臭氧投加量和剩餘臭氧量的影響

臭氧用於飲用水消毒的投加劑量比較低,當水中臭氧殘餘質量濃度為0.4mg·L-1,接觸時間為4min時即可滿足消毒殺菌的要求。一般而言,不同水質所需的臭氧投加量不同,臭氧的投加劑量越大、接觸時間越長,出水水質越好。飲用水消毒通常采用CT值(其中C代表臭氧濃度,T代表接觸時間)作為臭氧工藝的設計參數,CT值表示消毒過程的有效性。當臭氧用於汙水的消毒時,用CT值作為設計參數不很準確,因為汙水中含有大量消耗臭氧的物質,而這些物質消耗的臭氧並沒有起到消毒作用。

2.3臭氧接觸方式的影響

臭氧在水中分解迅速,根據氣液傳質原理,增加臭氧的傳質效率可提高臭氧的利用率,因此選用不同的投加方式,臭氧的利用率不同。常用的臭氧投加方式有鼓泡法、射流法、渦輪混合法、尼可尼混合法等。

 

3、臭氧在回用水中的穩定性及持續消毒能力

臭氧持續發揮殺菌作用需要在水中保持一定的濃度,否則會使水中的微生物重新孳生。臭氧消毒時臭氧具有一定的持續殺菌效果,臭氧的持續消毒能力主要取決於臭氧自身的溶解度以及汙水的溫度,pH和有機汙染物的含量等。臭氧在水中的溶解度隨溫度升高而降低。臭氧在水中的溶解一般遵循亨利定律。對臭氧在水中的溶解度的主要影響因素是溫度和供氣壓力。此外,在一定的大氣壓力下,臭氧在水中的濃度與供氣中的臭氧濃度有關。臭氧在水中的溶解度大於氧,但溶於水中的臭氧極不穩定,很容易分解。為提高臭氧利用率,水處理過程中要求臭氧分解的慢一些,而為了減輕臭氧對後續處理裝置的腐蝕,則要求處理後水中臭氧分解快一些。

 

4、臭氧消毒副產物及其控製

臭氧作用於水中有機物主要有兩種途徑,一種是在pH比較低的情況下直接氧化,即臭氧分子選擇性地直接氧化水中含有不飽和鍵的有機物,另一種是在pH比較高的情況下間接氧化,臭氧部分分解產生羥基自由基和水中有機物作用,間接氧化具有非選擇性,能夠與多種有機物反應。在臭氧的投加量較低或接觸時間較短時對有機物的氧化不完全,會產生一些有毒有害的中間產物,即消毒副產物,如醛、酮和羧酸等,若水中含有溴離子,還會產生溴酸鹽

 

臭氧消毒時控製溴酸鹽的生成非常重要。控製溴酸鹽生成的方法有加氨、降低pH值、投加活性炭、投加高錳酸鹽和增加臭氧投加點等。臭氧氧化和兩步活性炭顆粒吸附法是常用的降低其消毒副產物濃度的方法,在臭氧氧化之後用活性炭顆粒生物過濾和活性炭顆粒吸附兩步來去除消毒副產物,有明顯的效果。

 

5、臭氧與其它消毒技術的組合應用

5.1 臭氧與紫外線複合消毒

臭氧在汙水消毒中消耗量較大,可采用催化氧化的方式提高臭氧的氧化效率,以降低臭氧使用量。催化氧化屬於高級氧化的範疇,臭氧在催化劑作用下氧化能力提高。臭氧 / 紫外線、臭氧 / 雙氧水組合工藝屬於臭氧催化氧化工藝,此外某些金屬和金屬氧化物也具有催化臭氧的作用。

5.2 臭氧與超聲波聯用消毒

超聲波在一定頻率下產生的空化作用對可使微生物細胞破碎,對某些微生物具有殺滅作用。超聲波或水力空化與臭氧結合使用可降低臭氧消耗量,從而降低臭氧消毒副產物的量,同時減少了能量的消耗,兩者聯用比單獨使用臭氧和超聲空化的消毒效果好。

5.3 臭氧與氯組合應用

臭氧消毒後投加少量氯或氯銨可實現管網水質穩定化。臭氧氧化能導致後續加氯過程中典型副產物種類的轉變和生成量的變化,同時臭氧氧化作用能有效削減出水的遺傳毒性,後續加氯持續消毒對遺傳毒性的影響較小。

5.4 DOF工藝臭氧氣浮法(Dissolved ozone flotationDOF

將臭氧氧化與高效氣浮有機結合起來,能在一個操作單元內同時完成破乳或絮凝、固液分離、除色、嗅、味、消毒等多個過程。在臭氧一氣浮工藝中,臭氧在對有機物發揮作用同時,能夠起到良好的消毒作用。

 

 

6、臭氧在汙水回用中的成本

臭氧消毒係統一般包括臭氧發生裝置,臭氧投加混合裝置以及尾氣處理裝置,視汙水的水質可增加預處理設施如混凝沉澱等。臭氧消毒係統的成本主要取決於臭氧發生器的製造商、應用場所以及汙水的性質等。由於臭氧用於汙水消毒時無選擇性,其投加劑量隨水質的不同而不同。臭氧的消毒成本相比其他消毒方法較貴,因此臭氧主要用在汙水出水或回用水質要求較高的場合。

 

 

7 、 

臭氧作為一種高效的殺菌劑在多個領域有廣闊的應用前景,已有多家國內外公司正積極開拓臭氧的應用市場。目前,臭氧用於汙水和再生水消毒還存在一些問題:

1)臭氧的製備成本較高、能耗較大、且缺乏有效的持續殺菌能力。

2)消毒效果受水質影響較大。不同的水質應視情況選擇其最佳投加量,如何確定臭氧的投加量仍是未來研究的熱點。

3)對於臭氧消毒副產物的研究較少,其消毒副產物的種類及生態毒性仍不清楚,增加了使用臭氧消毒的風險。隨著汙水深度處理技術和汙水回用的普及,臭氧消毒的研究和應用將會越來越多,臭氧與其它消毒方法的複合消毒將是今後發展的趨勢。