臭氧消毒在再生水利用中的应用

2013年第2期北京水务·水环境·臭氧消毒在再生水利用中的应用黄赟芳刘操王培京战楠（北京市水科学技术研究院100048）摘要对臭氧消毒的消毒机理、消毒系统的组成、再生水利用处理工程的应用及其消毒副产物的形成与控制等进行了简要介绍，并与其他消毒方法进行了比较，为再生水利用工程中臭氧消毒的应用提供参考。关键词臭氧消毒再生水利用中图分类号TU991.21文献标志码A文章编号1673-4637（2013）02-0035-03收稿日期：2013－01－18作者简介：黄赟芳（1984—），男，工程师。作为国际化的大都市，近年来，北京的水资源问题日益引起社会各界的普遍关注。2011年北京市水资源总量为26.81亿m3，人均水资源占有量为119m3，远低于国际人均水资源占有量1000m3的重度缺水标准[1]。北京市2011年再生水利用量为7.1亿m3，已成为城市供水的重要替代水源[2]。再生水用于城市工业、市政杂用、道路浇洒和景观环境用水时，必须进行消毒。臭氧首先于20世纪初期在法国用于给水消毒，其后应用日益增加，扩展到西欧国家，最终传到北美。虽然历史上主要是用于给水消毒，但近年来臭氧发生技术的进展已经使臭氧用于废水消毒并日益在经济上具有竞争力[3]。1几种消毒方法的分析比较消毒方法可分为物理方法和化学方法。物理方法主要由加热、冷冻、辐照、紫外线和微波消毒等方法[4]。化学方法是利用各种化学药剂进行消毒，常用的化学消毒剂有氯及其化合物、各种卤素、臭氧、重金属离子等。在水处理中，常用的方法有氯消毒、次氯酸钠消毒、二氧化氯消毒、紫外线消毒和臭氧消毒[5]，它们的优缺点及选择适用条件见表1。北京市城市再生水利用主要用于城市工业、道路浇洒和景观环境用水[1]，在2011年再生水利用为7.1亿m3时，其中工业领域1.5亿m3、农业领域2.8亿m3、城市市政杂用0.3亿m3、环境用水2.5亿m3。《城市污水再生利用工业用水水质》（GB/T19923-2005）中要求粪大肠菌群≤2000个/L，《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/T18920-2002）中要求总大肠菌群≤3个/L。通过对比上述主要消毒方法的优缺点和适用条件，综合考虑再生水利用标准，对于城市再生水利用最佳消毒方法为臭氧消毒。2臭氧消毒的机理臭氧和羟基自由基是两种很强的氧化剂。臭氧可以与化合物直接反应，或者生成羟基自由基后，再与化合物反应[6]。O3=O2+[O]（1）臭氧极不稳定，分解时产生初态氧[O]，[O]具有极强的氧化能力，对具有顽强抵挡力的微生物如病毒、芽孢等都有强大的杀伤力。此外，还具有很强的渗入细胞壁的能力，从而破坏细菌有机体链状结构导致细菌的死亡。O3+H2O→HO3++OH-（2）HO3++OH-→2HO2（3）O3+HO2→HO+2O2（4）HO+HO2→H2O+O2（5）臭氧溶于水形成的自由基HO2及HO具有很强的氧·35·北京水务2013年第2期·水环境·名称优点缺点适用条件臭氧消毒效率高并能有效地降解污水中残留的有机物、色、味等，不产生氯代有机物基建投资大、消毒成本高，设备复杂，运行管理难，无持续消毒作用适用于出水厂水质较好，排入水体的卫生条件要求高的消毒单元液氯效果可靠，投配设备简单，投量准确，价格便宜，有持续消毒作用余氯及某些含氯化合物对水生生物有毒害，污水中有机物氯化可能生成致癌物质适用于大、中型污水处理厂二氧化氯消毒效果好，并能有效地控制水的色度、嗅和味，不产生有机氯化物，有持续消毒作用需现场制备，设备复杂，成本高，需控制无机副产物产生适用于中、小型污水处理厂，医院等污水处理设施次氯酸钠用海水或浓盐水为原料，在污水厂现场生产并直接投配，使用方便，投量易控，有持续消毒作用需现场制备，单台发生器产量小适用于中、小型污水处理厂紫外线消毒效率高，设备简单，操作方便，无有机副产物生成紫外线照射灯更换频率高，电耗较多，无持续消毒作用适用于各种规模污水厂表1主要消毒方法的优缺点及适用条件化能力，也具有与水溶液中其他杂质作用的氧化能力[3，7]。臭氧能氧化分解细菌内部的葡萄糖氧化酶，并直接与细菌、病毒发生作用，破坏其细胞器和核糖核酸，分解DNA等大分子聚合物，使细菌的物质代谢生长和繁殖过程被破坏；还可以渗透细胞膜组织、侵入细胞膜内作用于外膜脂蛋白和内部的脂多糖，使细胞发生通透性畸变，导致细胞的溶解死亡[8-10]。3臭氧消毒系统的组成及其应用实例3.1臭氧消毒系统的组成臭氧消毒系统包括配料气的准备、臭氧发生器、臭氧接触池和尾气破坏设施[3]，臭氧消毒系统流程见图1。（1）配料气的准备。臭氧可用空气或氧气为原料制备，如果使用空气制备臭氧，在将它导入臭氧发生器前，必须先去除湿气和颗粒物，加以改善，改善的步骤为将空气压缩、冷却、干燥和过滤。（2）臭氧发生器。由于臭氧的化学性质