净水厂深度处理系统设计施工探讨

１９２给水排水Ｖｏｌ．３８增刊２０１２施工、材料与设备净水厂深度处理系统设计施工探讨沈小红（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海２０００９２）摘要臭氧接触—活性炭滤池是目前城市净水厂深度处理最常见的工艺形式，结合臭氧的物理及化学性质，探讨了臭氧制备、输送、接触反应及尾气处理等各阶段设计及施工过程中常见的问题，提出了预防措施，可为类似工程提供借鉴。关键词净水厂深度处理设计施工臭氧１与臭氧接触材料材质选择臭氧的氧化能力极强，其氧化还原电位为２．０７ｍＶ，仅次于氟（２．８７ｍＶ），高于过氧化氢（１．７８ｍＶ）、高锰酸钾（１．６７ｍＶ）、二氧化氯（１．５０ｍＶ）、氯（１．３６ｍＶ）、氧（１．２３ｍＶ）等，因此臭氧发生器、管道、控制阀门、测量仪表等接触臭氧的零部件应采用０２２Ｃｒ１７Ｎｉ１２Ｍｏ２（Ｓ３１６０３）等耐晶间腐蚀的奥氏体不锈钢、钛等耐臭氧氧化材料或其他已经证明同样适合的材料。建议臭氧接触池池顶或池壁进出的臭氧进气管、尾气收集管、余臭氧取样管等均预埋不锈钢防水翼环，不宜预埋钢制防水套管，因为油麻与石棉水泥长期与臭氧接触后容易被氧化而漏水。臭氧接触池一般为密封式，池顶设置压力人孔，人孔面采用机械加工成品法兰，保证接触面安装后的气密性。为了避免不同材质的金属材料之间产生电化学腐蚀，不锈钢设备的安装预埋件均应采用同等材质不锈钢，且预埋件与池壁的钢筋之间应采用塑料垫片或套管隔离。臭氧对非金属材料有强烈的腐蚀作用，在臭氧输送管路中不能使用普通橡胶作为密封材料，各种密封圈、垫片等接触臭氧部件应使用聚四氟乙烯（ＰＴＦＥ）、聚偏二氟乙烯（ＰＶＤＦ）、全氟橡胶等耐臭氧氧化材料。为了避免臭氧泄漏和腐蚀钢筋，设计中一般将臭氧接触池内钢筋保护层厚度加厚到４０～５０ｍｍ，最小裂缝宽度由０．２ｍｍ缩小到０．１ｍｍ，在浇注、养护混凝土时应特别注意防止形成空鼓或裂缝，并对设置有橡胶止水带区域进行特殊处理。曾有水厂在臭氧接触池内壁内衬花岗岩，但施工难度大，成本高。接触池主体混凝土浇注完成后，在用水泥砂浆抹面前，除应按常规构筑物进行满水试验外，建议按照《给水排水构筑物施工及验收规范》（ＧＢ５０１４１—２００８）第９．３条进行气密性试验。２臭氧管路的施工处理臭氧易分解，温度越高或湿度越大时，半衰期越短。不稳定参比状态下臭氧的半衰期为２２～２５ｍｉｎ，含量为１％以下的臭氧在常温常压的空气中分解半衰期为１６ｈ左右，在１％的臭氧水溶液中半衰期为１６ｍｉｎ。空气中臭氧的热分解在３０℃即已开始，在４０～５０℃时显著，在２００℃下１ｍｉｎ内臭氧分解率大约是７０％，２３０℃时为９２％～９５％，在３００℃或以上时，１～２ｓ内即可完全分解。臭氧发生器产生的臭氧经减压和冷却后出口温度一般不超过３５℃，压力约为３ｂａｒ（１ｂａｒ＝０．１ＭＰａ）。《室外给水设计规范》（ＧＢ５００１３—２００６）建议埋地的臭氧气体输送管道一般应设置在专用的管沟内，管沟上应设活动盖板。一般水厂内臭氧管道长度不超过３００ｍ，按照气体管路流速１５ｍ／ｓ计算，从臭氧发生器到投加点传输时间大约为２０ｓ左右，因此臭氧的衰减量非常有限。在气候炎热地区，为了避免阳光直射臭氧管道导致局部温度过高，建议室外明装的臭氧气体管道外包隔热材料，做法可以参考《管道及设备保冷》（９８Ｒ４１９）复合保冷层结构形式。臭氧系统管道的连接宜全部采用焊接，即使是小口径管道采用螺纹连接也容易产生漏气现象。不锈钢管道采用惰性气体保护手工钨极氩弧焊，管道的施工必须严格遵照《压力管道安全管理与监察规定》、《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规给水排水Ｖｏｌ．３８增刊２０１２１９３范》（ＧＢ５０２３６—１９９８）中的相关规定进行。臭氧输送管路施工完成后，先采用压缩空气进行吹扫，清除管路中的金属焊屑、粉尘、纤维、油脂等，通过气密性试验后，应再用纯氧气体吹扫一次，方能通入臭氧气体。３管道防腐建议臭氧接触池和活性炭滤池工艺进出管道口径较大，为了降低造价，多数水厂采用碳钢防水套管，进出管道也采用碳钢管道辅以水泥砂浆或涂料内防腐。但某水厂活性炭滤池进出水管道投产一年后管道内壁的防腐层就产生了较为严重的破损，实践证明，臭氧腐蚀性较强，活性炭滤池中的炭粒与水形成的原电池也会对钢制管道产生严重的腐蚀作用。建议在池壁上预埋Ｓ３１６０３不锈钢穿墙管，距离池体一定距离后再采用绝缘法兰与碳钢管连接。４不锈钢螺栓的“锁死”与预防奥氏体不锈钢件在臭氧接触池和活性炭滤池中有着广泛的应用，施工时应特别注意紧固件“锁死”（ＴｈｒｅａｄＧａｌｌｉｎｇ）现象的发生。当不锈钢表面受损伤时，会在金属表面产生一层致密氧化铬层防止进一步的锈蚀，当不锈钢紧固件被锁紧时，螺纹间所产生的摩擦力与发热会破坏并抹去螺纹表层的氧化铬层，使得金属螺纹直接发生阻塞／剪切，进而发生黏着的现象。当黏着的