深圳東湖水廠臭氧系統的實踐

時間：2009-09-03 來源：深圳市水務（集團）有限公司 作者：范翊 陸坤明

提要：以深圳市東湖水廠預臭氧系統為例，介紹了在凈水處理中臭氧技術的應用以及水廠臭氧系統的組成；臭氧系統的工程特點。

隨著經濟的發展，人們生活水平的不斷提高，對飲用水水質的要求越來越嚴格。另一方面當前我國水源污染加劇趨勢尚未得到遏止，在污染治理的同時，各種飲用水凈化技術的應用和發展已勢在必行。臭氧（O3）由于其強氧化能力而獲得了廣泛應用。深圳市特區內的水廠目前多以深圳水庫水為原水，近年來深圳水庫水有機物污染加重。當前，對微污染水，常規工藝普遍應用前加氯工藝，增加了三鹵甲烷（THMs）和其它鹵化副產物。這些鹵化有機化合物中，有許多是致癌物或誘變劑。在水源受污染情況下，常規工藝處理后的生活飲用水水質安全性引起了供水界的關注。飲用水處理中O3的投加方式包括預氧化、中間氧化、最后消毒，在凈水處理中可以起到如下作用：（1）去除無機物（2）輔助混凝－絮凝工藝（3）除藻（4）氧化天然有機物（5）氧化微量污染物（6）消毒。公司在東湖水廠（Q=35萬m3/d）改造擴建工程中采用了O3預處理工藝。

一、 臭氧的基本性能

臭氧（O3）是氧（O2）的同素異形體，純凈的O3常溫常壓下為藍色氣體，密度為2.143kg/m3（0οC,760mmHg），與空氣的密度比1.657。O3是一種具有刺激性氣味的有毒氣體，人在O3環境中工作的允許濃度值為0.1PPm。O3在水中的氧化還原電位為2.076伏，比氯（1.36伏）高出50%以上，因此O3具有很強的氧化能力（僅次于氟），能氧化大部分有機物，能腐蝕金屬。O3在水中的溶解度大于氧，采用一定的擴散方式，O3對水的傳質系數可達90%以上。

O3極不穩定，會分解成O2，同時放出大量的熱量。O3在空氣中分解消失的半衰期為12h,在水中的分解速度比在空氣中快得多，水中O3濃度為3mg/L時，常溫常壓下，其半衰期僅為5～10min。

由于O3極不穩定，且無法儲存，只能現場制備直接使用。O3可通過O2制得，其熱化學方程式如下：3O2→2O3-288.9KJ。工業用O3制備一般采用無聲放電法：原料氣（O2或空氣）通過放電管間隙，氣流中的一部分O2在高電壓作用下激發為氧原子，氧原子和其它O2生成O3。這一過程中，在放電間隙將產生大量熱量，它會加速O3的分解而影響產量，必須采取適當的冷卻措施。

二、 水廠臭氧系統

1．臭氧系統的組成

O3工藝的運用主要有如下三種形式：（1）O3預處理。（2）O3與顆�；钚蕴歼^濾相結合的O3生物活性炭處理（3）O3消毒。無論采用何種O3工藝，水廠O3系統都由以下四個基本部分組成：（1）氣源（2）O3發生系統（3）O3接觸池（4）尾氣破壞系統。

氣源主要有三種，一是使用成品純液態氧，二是現場用空氣制備純氣態氧，三是直接利用空氣。為了提高O3的濃度，同時節省能耗，降低設備及管道尺寸，目前較先進的O3發生器多采用前兩種方式制備O3。第三種方式適用于O3產量較小的場合。

O3的發生則是由O3發生器完成，目前使用最廣的是管式發生器。影響O3發生器O3產量和濃度的主要因素有放電電壓、放電頻率、氣體壓力和冷卻水溫度。具體的說，O3發生器的O3產量和濃度隨放電電壓和放電頻率的提高而增加，隨氣體壓力和冷卻水溫度的增高而降低。經實踐證明，一般放電電壓為3000～9000 V，放電頻率為800～1000HZ，供氣壓力0.21～0.23Mpa，冷卻水溫度要求小于30οC為好。

O3接觸是指通過一定的方式使O3氣體擴散到液體中并使之與液體全面接觸和完成預期反應的過程。這一過程是通過O3接觸池來完成。不同的工藝目標和相應的反應決定了接觸池中接觸器的形式和接觸時間。接觸器的形式主要包括微氣泡擴散接觸、渦輪擴散接觸、水射器擴散接觸以及接觸填料擴散接觸等形式。目前對原水使用較多的是水射器擴散接觸，對清水則采用微氣泡擴散接觸方式較為普遍。

尾氣破壞系統是收集接觸器內排出的剩余O3氣體并人為地分解成對環境無害的O2。尾氣破壞主要有兩種方法，一是化學觸媒法，二是加熱分解法。目前使用較普遍的是加熱分解法。

2．東湖水廠的預臭氧系統

東湖水廠在深圳特區內，以深圳水庫水為原水，原規模30萬m3/d,改造擴建后規模為35萬m3/d。東湖水廠改造主要是完善常規處理工藝和以預O3化取代預氯化。其O3系統是完整的，具有一定代表性�，F東湖水廠改造擴建工程已全部竣工，改造后水廠的工藝流程如下：

東湖水廠O3系統氣源部分建有一座液態氧儲罐（V=31.58m3），采用液態氧，利用蒸發器進行氣化。

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