臭氧在市政污水处理中的应用

给水排水V35增刊55臭氧在市政污水处理中的应用杨勇蒋岚岚(无锡市政设计研究院有限公司,无锡214072)摘要臭氧用于市政污水的处理,在杀菌消毒、漂白、脱色、除臭、去味等方面显著效果。介绍了臭氧的氧化能力、分解特性及腐蚀性,并阐述了一套完整的臭氧处理系统必须由5部分组成。结合无锡城北污水处理厂运用臭氧工艺的实例,以期为类似工程运用提供有益的参考和借鉴。关键词臭氧市政污水处理臭氧氧化工艺不产生二次污染,操作方便,可利用空气就地制取。随着污水处理厂出水水质要求的提高,以臭氧作为市政污水处理的深度处理工艺,可充分发挥臭氧强氧化剂和强催化剂的特点,在杀菌消毒、漂白、脱色、除臭、去味等方面取得显著效果[1]。1臭氧的基本性质111臭氧的氧化能力臭氧有很强的氧化能力,是已知最强氧化剂之一。从表1可看出[2],臭氧在水处理中是氧化能力最强的一种。表1氧化还原电位比较名称分子式标准电极电位/V氟F22187臭氧O32107氧化锰MnO21167二氧化氯ClO21150氯Cl1136氧O21123臭氧显现的强氧化性质可用其分解反应表示:O3+H2OyHO+3+OH-HO+3+OH-y2HO2O3+HO2yHO+2O2HO+HO2yH2O+O2反应形成的自由基HO2及HO具有很强的氧化能力,具有与污水中其他杂质作用的氧化能力。112臭氧的分解臭氧的化学性质极为活泼,常温下容易分解成为氧气并释放出热量。O3=3O+,=臭氧在空气中的分解速度与臭氧浓度和温度有关。当浓度为1%以下时,其分解速度如图1所示[1]。可见温度越高,分解越快,浓度越高,分解也越快。图1臭氧在空气中的分解速度臭氧在水中分解的半衰期与温度及pH有关。随着温度的升高,分解速度加快,温度超过100e时,分解非常剧烈。同时pH越高,分解也越快。臭氧在水中分解半衰期详见表2[1]。表2臭氧在水中分解半衰期项目ABCDEFG温度/e11014161913141614161416pH7167167167168159121015半衰期/min10981094922101541113腐蚀性臭氧为强氧化剂,除了金和铂外,臭氧化空气几乎对所有的金属都有腐蚀性。但铬铁合金基本上不受臭氧腐蚀。基于这一点,生产上常使用含25%Cr的铬铁合金(不锈钢)来制造臭氧发生设备和加注设备中与臭氧直接接触的部件。ol.2009222vHvH284kJ/mol56给水排水V35增刊臭氧对非金属材料也有强烈的腐蚀作用。在臭氧发生设备和计量设备中,不能使用普通橡胶做密封材料,必须采用耐腐蚀性能力强的硅胶或耐酸橡胶等。2臭氧工艺处理污水的流程臭氧往往是作为一个操作单元接在常规污水处理流程之后,或在出水水质提高后,作为再生水被回用。臭氧工艺处理污水的主要流程如图2所示。图2臭氧工艺处理污水流程图一套完整的臭氧系统,包括以下组成:电源;配料气的准备设施;臭氧发生设施;臭氧与处理液体的接触设备;尾气破坏设施。211能量需求对电力的主要要求是提供氧转变为臭氧的能量。其它需电的还有配料气的准备、臭氧的接触、剩余臭氧的破坏以及控制、仪表、监测设施等方面。表3为主要组成的能源要求[3]。表3应用臭氧所需典型能量组成kW#h/kg臭氧空气制备414~616臭氧发生(供配空气)1312~1918臭氧发生(纯氧)616~1312臭氧接触212~616其他所有用途112~212212配料气的准备臭氧的发生是用空气、富氧空气或高纯度氧发生的。如果使用空气发生臭氧,在将它导入臭氧发生器以前,必须先去除湿气、颗粒物、油雾。如果不去除这些杂质会对臭氧发生过程形成危害,能够满足臭氧发生系统正常运行的原料系统设计指标为[3]:温度:低于30e;颗粒:100%去除013Lm以上固体颗粒;95%去除011Lm以上固体颗粒。油类及其他碳氢化合物:最大4~5mg/L;露点:-65e~的大气露点。空气改善至少包括以下步骤将空气压缩;将空气冷却、干燥;空气过滤。如使用纯氧,则不需要改善步骤。213臭氧发生由于臭氧化学性质不稳定,发生后很快分解成氧气,因此必须就地发生。当今最有效的生产臭氧的方法是放电法。在一个由高压电极和低压电极形成的电场区域内,当干燥氧气或空气流经过这个由电极和阻挡介电质形成了介电室时,在高电压/高密度电流作用下,氧分子在电子轰击下形成氧原子,氧原子和氧分子结合形成臭氧。典型臭氧放电单元与合成过程如图3和图4所示。图3典型臭氧放电单元图4典型臭氧合成过程214臭氧接触由臭氧发生器产生出来的臭氧,需要一种臭氧接触反应系统将臭氧投入到污水中并使之与污水中的有机物、细菌、金属离子等进行化学反应及消毒生化反应过程。传统上常采用逆流挡板接触器,详见图5,臭氧在一~三室加盖接触池中接触。臭氧用多孔扩散器或注射器由第一室底部引入。在第一室中发生快速臭氧反应,然后污水