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污水和再生水的臭氧消毒

文章出处:管理员 人气: 发表时间:2018-06-08 15:14

 

世界上许多面临着严重水危机的国家都在积极回用城市污水,以解决水资源短缺的问题。近年来,污水回用的实例越来越多,如绿地和植被的灌溉、蓄水、市政用水、冲厕水、工业回用和补给地下水和水库等。无论在污水外排还是再生水,氯都是最常用的消毒剂,由于氯消毒过程会产生大量有毒副产物,寻找有效的氯替代物成为研究和讨论的热点。臭氧为无色、有轻微气味的气体,是一种强氧化剂,有极强的消毒、杀菌功效,消毒副产物少,被称为绿色消毒剂,广泛应用于饮用水、游泳池等的消毒。

 

 

1、臭氧消毒的机理与特点

1.1臭氧消毒机理

一般认为,臭氧在水中灭菌有两种方式:一种是臭氧直接作用于细菌的细胞壁,将其破坏并导致细胞的死亡;另一种是臭氧在水中分解时释放出自由基态氧。自由基态氧具有强氧化能力,可以穿透细胞壁,破坏其细胞器和核糖核酸,使细菌的物质代谢和繁殖过程遭到破坏;还可以渗透细胞膜组织,促进细胞的溶解死亡。还有学者认为,臭氧作用于细胞的表面,改变了细胞膜的渗透特性,最终导致细胞组分泄露到中间介质中。

1.2臭氧的消毒特点

1.2.1臭氧消毒灭菌的优点

臭氧灭菌属溶菌级,杀菌彻底,无残留,杀菌广谱,可杀灭细菌繁殖体和芽孢、病毒、真菌等,并可破坏肉毒杆菌毒素,且反应快、投量少;臭氧消毒的适应能力强,在pH5.69.8、水温037的范围内消毒性能受影响很小;不产生持久性残余,无二次污染;与氯消毒剂联用可大幅减少氯的使用量;臭氧消毒后补加少量氯消毒剂,可大幅减少THMs的产生;臭氧消毒后增加污水的絮凝沉降性能。

1.2.2臭氧用于污水回用消毒的缺点

臭氧不易溶于水中,且不稳定;污水消毒时受水质的影响较大,所含有少量的有机物会增大臭氧消耗量,消毒成本增加;当臭氧接触时间不足时,有机物不完全氧化产生醛、酮类等有毒有害物质;若水中含有Br离子,臭氧会将溴离子氧化为亚溴酸根(BrO2-)、溴酸根(BrO3-)、溴仿、二溴已腈、二溴乙酸、溴化氰等溴化有机副产物。

 

2、臭氧消毒效果的影响因素

臭氧在用于饮用水消毒时具有极高的杀菌效率,但在污水消毒时往往需要较大的臭氧投加量和较长的接触时间。影响消毒效果的主要因素总结如下。

2.1水质影响

主要是水中含CODNO2--N、悬浮固体、色度等,这些物质会消耗水中的臭氧。有时还出现污水臭氧消毒后COD增加的现象,这主要是因为臭氧将水中难降解的惰性物质氧化为小分子物质或者将一些环状有机物开环,从而提高了原水的BDOC,在臭氧消毒之前对原水进行预处理,尽量彻底的去除有机物是十分必要的。

2.2臭氧投加量和剩余臭氧量的影响

臭氧用于饮用水消毒的投加剂量比较低,当水中臭氧残余质量浓度为0.4mg·L-1,接触时间为4min时即可满足消毒杀菌的要求。一般而言,不同水质所需的臭氧投加量不同,臭氧的投加剂量越大、接触时间越长,出水水质越好。饮用水消毒通常采用CT值(其中C代表臭氧浓度,T代表接触时间)作为臭氧工艺的设计参数,CT值表示消毒过程的有效性。当臭氧用于污水的消毒时,用CT值作为设计参数不很准确,因为污水中含有大量消耗臭氧的物质,而这些物质消耗的臭氧并没有起到消毒作用。

2.3臭氧接触方式的影响

臭氧在水中分解迅速,根据气液传质原理,增加臭氧的传质效率可提高臭氧的利用率,因此选用不同的投加方式,臭氧的利用率不同。常用的臭氧投加方式有鼓泡法、射流法、涡轮混合法、尼可尼混合法等。

 

3、臭氧在回用水中的稳定性及持续消毒能力

臭氧持续发挥杀菌作用需要在水中保持一定的浓度,否则会使水中的微生物重新孳生。臭氧消毒时臭氧具有一定的持续杀菌效果,臭氧的持续消毒能力主要取决于臭氧自身的溶解度以及污水的温度,pH和有机污染物的含量等。臭氧在水中的溶解度随温度升高而降低。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。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。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。为提高臭氧利用率,水处理过程中要求臭氧分解的慢一些,而为了减轻臭氧对后续处理装置的腐蚀,则要求处理后水中臭氧分解快一些。

 

4、臭氧消毒副产物及其控制

臭氧作用于水中有机物主要有两种途径,一种是在pH比较低的情况下直接氧化,即臭氧分子选择性地直接氧化水中含有不饱和键的有机物,另一种是在pH比较高的情况下间接氧化,臭氧部分分解产生羟基自由基和水中有机物作用,间接氧化具有非选择性,能够与多种有机物反应。在臭氧的投加量较低或接触时间较短时对有机物的氧化不完全,会产生一些有毒有害的中间产物,即消毒副产物,如醛、酮和羧酸等,若水中含有溴离子,还会产生溴酸盐

 

臭氧消毒时控制溴酸盐的生成非常重要。控制溴酸盐生成的方法有加氨、降低pH值、投加活性炭、投加高锰酸盐和增加臭氧投加点等。臭氧氧化和两步活性炭颗粒吸附法是常用的降低其消毒副产物浓度的方法,在臭氧氧化之后用活性炭颗粒生物过滤和活性炭颗粒吸附两步来去除消毒副产物,有明显的效果。

 

5、臭氧与其它消毒技术的组合应用

5.1 臭氧与紫外线复合消毒

臭氧在污水消毒中消耗量较大,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。催化氧化属于高级氧化的范畴,臭氧在催化剂作用下氧化能力提高。臭氧 / 紫外线、臭氧 / 双氧水组合工艺属于臭氧催化氧化工艺,此外某些金属和金属氧化物也具有催化臭氧的作用。

5.2 臭氧与超声波联用消毒

超声波在一定频率下产生的空化作用对可使微生物细胞破碎,对某些微生物具有杀灭作用。超声波或水力空化与臭氧结合使用可降低臭氧消耗量,从而降低臭氧消毒副产物的量,同时减少了能量的消耗,两者联用比单独使用臭氧和超声空化的消毒效果好。

5.3 臭氧与氯组合应用

臭氧消毒后投加少量氯或氯铵可实现管网水质稳定化。臭氧氧化能导致后续加氯过程中典型副产物种类的转变和生成量的变化,同时臭氧氧化作用能有效削减出水的遗传毒性,后续加氯持续消毒对遗传毒性的影响较小。

5.4 DOF工艺臭氧气浮法(Dissolved ozone flotationDOF

将臭氧氧化与高效气浮有机结合起来,能在一个操作单元内同时完成破乳或絮凝、固液分离、除色、嗅、味、消毒等多个过程。在臭氧一气浮工艺中,臭氧在对有机物发挥作用同时,能够起到良好的消毒作用。

 

 

6、臭氧在污水回用中的成本

臭氧消毒系统一般包括臭氧发生装置,臭氧投加混合装置以及尾气处理装置,视污水的水质可增加预处理设施如混凝沉淀等。臭氧消毒系统的成本主要取决于臭氧发生器的制造商、应用场所以及污水的性质等。由于臭氧用于污水消毒时无选择性,其投加剂量随水质的不同而不同。臭氧的消毒成本相比其他消毒方法较贵,因此臭氧主要用在污水出水或回用水质要求较高的场合。

 

 

7 、 

臭氧作为一种高效的杀菌剂在多个领域有广阔的应用前景,已有多家国内外公司正积极开拓臭氧的应用市场。目前,臭氧用于污水和再生水消毒还存在一些问题:

1)臭氧的制备成本较高、能耗较大、且缺乏有效的持续杀菌能力。

2)消毒效果受水质影响较大。不同的水质应视情况选择其最佳投加量,如何确定臭氧的投加量仍是未来研究的热点。

3)对于臭氧消毒副产物的研究较少,其消毒副产物的种类及生态毒性仍不清楚,增加了使用臭氧消毒的风险。随着污水深度处理技术和污水回用的普及,臭氧消毒的研究和应用将会越来越多,臭氧与其它消毒方法的复合消毒将是今后发展的趋势。

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