臭氧在水处理中的合理运用

摘要:臭氧不仅对人类环境起着重要作用，而且在水处理中，臭氧具有杀菌消毒，去除藻类，铁和锰的氧化，有机物质的氧化，使水的口感变好，去除杀虫药剂等有毒物质的作用，本文从影响臭氧生产效率的因素和臭氧组成系统方面进行了总结。

关键词:臭氧系统 水处理 影响因素

中图分类号：TK235文献标识码： A

臭氧三个氧原子组成的分子，具有极强的氧化性，标准情况下是无色气体，臭氧主要分布在平流层（20-30千米的高空），我们日常呼吸的空气中，臭氧是由雷电激发产生的。地球上各种形式的生命并不能离开臭氧层。臭氧层因吸收来自太阳的紫外线而产生。紫外线分解氧原子然后把他们与氧分子结合使臭氧产生。(O + O2 = O3) or (3xO2 = 2xO3)。我们可以把臭氧层看作一个吸收太阳紫外线，保护了地球生命的过滤层。

臭氧不仅对人类环境起着重要作用，而且在水处理中，臭氧具有杀菌消毒，去除藻类，铁和锰的氧化，有机物质的氧化，使水的口感变好，去除杀虫药剂等有毒物质的作用，所以，臭氧是水处理的一个非常重要的环节。因为臭氧在空气中的浓度很低所以臭氧不能象其他气体一样可以用分离设备从大气中提取。所以臭氧用电极栅的方法放电以工业规模生产。这就通过在被绝缘体介电质和间隙分隔开的两个电极高压电场交替转换。空气或氧气常常作为进气气源在间隙中流过并发生放电反应。

一、影响臭氧生产效率的因素主要有：冷却水、进气气压、露点温度、臭氧浓度、进气气源品质五种因素。

1.冷却水：由于臭氧采用高压放电进行制备，所以在制备过程中会产生大量的热，如果让这些热量在臭氧制备系统循环，会严重影响臭氧制备系统的运行，严重时会导致停机，臭氧的循环水主要分为外循环水和内循环水，外循环水用自来水，内循环水需要用纯净水或蒸馏水，不可以用自来水作为内循环水的材料，因为内循环水需要长期在臭氧制备系统里循环，自来水里还有铁，铝等金属离子，在经过不断循环，温度高低变化后，有可能会在循环管路里形成锈渣，影响循环水流量，内循环水主要对制备系统的PSU和IGU单元降温，而外循环水则负责对内循环水进行降温，要保证内循环水的温度在20℃-25℃之间。

2.进气气压：纯氧气以2.5-5 bar 的压力经过减压阀把氧气的进气压力减低至发生器操作压力表压 1.2bar，之后进入臭氧发生器。

3.露点温度：露点温度是衡量臭氧系统可否运行的重要参数之一，一般臭氧允许运行的最高露点温度为-65℃，这个数字代表着在臭氧的管路里已经基本没有水分了，一旦气路管路带有水分，对臭氧系统的损害是巨大的，臭氧是由气体在高压电的作用下产生的，如果高压电接触到水分，则会在腔体内造成大面积短路，是巨大的安全隐患。所以在臭氧运行之初，必须检查露点温度，也必须在程序里进行露点温度保护，一旦高于设定值，则必须强制停机，保护臭氧系统，如果对于长期未运行的臭氧系统，必须在启动系统之前，用氧气在管路内进行吹扫，当露点合格后，方可进行下一步操作。

4.臭氧浓度：臭氧浓度基本是根据臭氧发生器的性能测量出来的数值，反映了臭氧制备系统的生产能力。目前我厂臭氧的生产浓度为10%wt，代表进入臭氧发生器腔体内的气体并非100%转换成臭氧，只是很少的一部分氧气重新组合成了臭氧，对于水处理工艺人员，如果要进行臭氧投加量的计算，就要考虑气源流量，投加气体流量在根据浓度计算出实际的臭氧投加量，同时也可以根据浓度进行反推气体流量和进气流量，根据臭氧生产曲线，查看臭氧系统的性能状态。

5.进气气源品质：气源的存在形式为液氧，这也就对气源的存贮提出了很高的要求，必须保证液氧在一个绝对安全的空间内存在，整个气源输送系统液氧系统的工艺, 液氧通过空温气化器时气化成气态氧, 再经过减压阀后纯氧气以2.5-5 bar 的压力经过加热器后供给臭氧发生器，氧气过滤器的滤芯的孔径为 0.01um, 用来过滤液氧经气化后的纯氧, 以防尽可杂质进入臭氧发生器而影响臭氧发生器的维护周期和寿命。

二、加热器后供给臭氧发生器臭氧系统主要由：仪表空气系统、氧气气源系统、臭氧发生系统、臭氧接触系统、增压水系统、尾气破坏系统这六部分组成。

1.仪表空气系统：仪表空气由水厂空气系统提供, 向臭氧系统的气动阀和加空气系统提供压缩空气. 当空气进气压力低于5.5bar 时, 会造成整个臭氧系统的停机并报警. 臭氧发生器在产生臭氧时需要在纯氧中加入一定量的空气, 以达到加氮气的目的, 压缩空气经过干燥器后的露点在-65℃以下, 再通过电磁阀和流量控制阀加到氧气总管中, 加入氮气后的氧气用露点探头和氧气分析仪来分析氧气的品质.

2.氧气气源系统：主要注意液氧存放处的安全性以及进气管路的压力和流量控制，在前文已提过。

3.臭氧发生系统：臭氧发生器是一个两头带有法兰连接端盖的卧式水平圆柱容器，端盖内装有耐臭氧腐蚀性垫片。所有接触进气、臭氧及冷却水的部件的材质都为不锈钢。大量的不锈钢管焊接在圆柱体板状端口之间。

每一个高压电极都带有独立的接触部分和保险丝。每个电极的保险丝确保了损坏了的电极能与其他电极隔离开，因此确保了臭氧发生器可以连续无间断地运行。在放电管和地极间（在发生器内）存在的高压电使得环状空隙间有静电电流流过。根据分析仪的测量，在放电的情况下每台臭氧发生器产生浓度为10wt%的臭氧。

当臭氧发生器运行产生臭氧时, 冷却水泵会自动开机运行以冷却PSU 内的整流模块, 内冷却水的温度超过30℃时,温度控制阀会自动打开,此时冷却水与外冷却水进行交换以降低内冷却水温度, 如果内冷却水温度高于45℃时, 冷却水温度开关动作并且发出整流器温度高报警并停机.

如果内冷却水管路内有气泡存在会影响冷却水泵的运行,造成冷却水流量过低,此时需要打开旁路阀门运行冷却水泵以驱赶气泡.

如果内冷却水流量计上的浮子低于温度开关, 流量开关将动作, 发出冷却水流量低报警并停机, 此时需要检查管路内部是否有气泡, 冷却水泵是否运行正常,冷却水管是否被堵.

如果外冷却水关闭或流量过低在臭氧发生器运行时会造成臭氧发生器罐体温度过高, 当温度高于45℃时, 温度开产动作, 发出臭氧发生器温度高报警并停机.

4.臭氧接触系统：臭氧布气系统把臭氧通过带气体吸入口的辐流曝气器加到工艺水中，在预臭氧有2 个臭氧接触池，每一个都有一个辐流曝气器。原水流经前臭氧接触池，在此源水会接受最大投加量为2.0mg/l 的臭氧氧化处理，具体投加量将取决于水质并由操作人员设定。在每条臭氧投加管路上装有一个单向阀以及电磁阀, 以防止增压水进入臭氧投加管路, 在臭氧系统关机时, 先关闭此隔离电磁阀再关闭

5.增压水系统.

在臭氧接触池的尾气收集管安装有过滤器,以防止气泡或脏物进入尾气收集管路.为了提高臭氧的混和效率, 用增压水与臭氧气体混和后再经过辐流曝气器加入到工艺水中. 增压水系统安装有三台增压泵, 两用一备. 在每台泵的入口各装了一个Y 型过滤器, 以防止大颗料的杂质进入增压水管路而造成辐流曝气器的堵塞. 在Y 型过滤器的进出口装有压力表,以检查过滤器的堵塞情况.增压泵及管路是两用一备, 当一台增压泵有故障时, 流量开关将发出报警, 此时需要手动切换阀门, 然后再开启备用水泵.

6.尾气破坏系统：由于臭氧具有毒性，所以离开接触池的气体仍然含有一些剩余的臭氧。这些气体不能直接排放到大气中去。

尾气被 VOD 用风机抽吸，然后根据臭氧的催化分解原理进行破坏。

臭氧在反应器中的催化剂表面被分解，催化床是用粒状材料，下部用一个筛子装催化剂。

臭氧的分解在反应器中与催化剂接触进行分解。催化剂是粒状的在两个筛网之间。由于催化剂对湿气排常敏感，所以冷的和潮湿的尾气在进入VOD 后被加热达到操作温度。尾气破坏器应该一直在运行中，即使是臭氧生产停止。这个措施是避免当臭氧产生停止后在催化床中凝结水。除非VOD 一直处于待机状态。风机将尾气排入 VOD。这个风机的安装能使臭氧最小的泄漏。因为它能确保管路系统处于真空状态，即使是臭氧泄漏气体将外面进入使尾气不会泄漏。为了避免由于尾气破坏器前操作压力的变化（在开或关闭时），在尾气破坏器的出口装有一个单向阀以防止环境气体倒流入尾气破坏器。