浅析饮用水臭氧消毒技术

【摘要】随着水源污染的加剧和水质标准的提高，针对常规处理工艺的不足，各种饮用水预氧化技术应运而生，预臭氧化技术正逐渐引起人们的关注。文章主要针对臭氧消毒技术在饮用水处理中的运用进行探讨，对臭氧的特性、功能及具体净化工艺进行介绍，方便读者在这一领域获得更深的认识。

【关键词】饮用水 臭氧 消毒

前言：

水是万物之源，是人类赖以生存和发展的不可缺少的最重要的物质资源之一。净水处理是水资源循环利用的重要环节。传统的净水处理手段方法较多，臭氧是现阶段净水处理工作中应用最为广泛的净化物质，臭氧用于饮用水处理，除灭菌效果好，无二次污染外，还兼有脱色、除味，去除铁、锰、氧化分解有机物和助凝作用，有的报告指出，臭氧能够灭杀水中一切对人体有害的物质。

一、 臭氧的物理化学特性

臭氧是一种淡蓝色、刺激性气味的不稳定气体。低浓度的臭氧具有使人兴奋、感觉清新怡人的气味，犹如一股淡淡的草鲜味；高浓度的臭氧有毒，也有腐蚀性。一般而言臭氧有毒（常人错误的概念是低浓度的臭氧有滋补性质），对眼结膜和呼吸系统有刺激作用，产生头痛、胸闷、头晕和血压降低等症状，能引起支气管炎和肺水肿。

一般而言，氧分子在吸收了高能量以后，其共价键会因不稳定而断开，生成的高能态氧原子会重新组合成分子，其中的一部分会构成臭氧。臭氧具有强烈的分解趋势，化学性质极为活泼，其氧化能力仅次于氟。臭氧不稳定，容易自行分解成氧气和新生态氧，分解的终产物是氧气，且分解时产生热量。

在一般自然条件下臭氧无法储存和运输，只能现场生产，立即使用。不过臭氧在氟利昂中相当稳定，可装在不锈钢容器中运输。

二、 臭氧消毒的特点

实践表明，臭氧对尾蚴、贾第氏虫孢囊和病毒的灭活效率都比氯高；此外臭氧还能灭杀乳酸菌、炭疽杆菌、放线菌、耶尔森氏菌、沙门氏菌、肝炎病毒、艾滋病病毒、肉梭状芽孢杆菌病毒和流感病毒等。芽孢被认为是对臭氧耐受性最强的微生物。因此如果臭氧消毒剂量达到消灭芽孢时，水中的其他病毒病菌都能消灭。采用蜡样芽孢杆菌、产气荚膜芽孢杆菌的营养体和芽孢进行实验时一般投放量为2～3mg/L，灭活时间约为1.5～4.5min，臭氧还可以杀灭小型软体动物和控制藻类。

一般认为臭氧是最强大的消毒剂。臭氧的强氧化性使之有个特殊的杀菌特点：在某个临界浓度以下时消毒效果很差或几乎没有，超过该浓度时杀灭效果显著。这是由于处理水存在着所谓“臭氧需要量”，它由下列因素组成：臭氧在投加环境内的分解量；臭氧转化成羟基自由基的数量，这在高pH时比较显著；臭氧在水中的还原性物质反应的数量，通常认为占臭氧需要量的主体。由于水中的杂志会消耗很多臭氧，因此使用臭氧进行原水预处理时消毒效果很差。在使用臭氧进行饮用水消毒时，水的前处理效果有很显著的影响。

臭氧消毒的优点：①氧化能力强，能在消毒时兼代处理许多其他的水质问题。臭氧的消毒能力比氯大50%，在消毒的同时可有效去除或降低复杂的味、臭、色和金属离子的问题。②臭氧消毒的同时兼有助凝和去除浊度的作用，间接上对控制微生物发挥了作用。③杀菌效果显著，作用迅速。④臭氧消毒效果受水质影响小。如氨含量、温度和pH。⑤广谱高效。⑥消毒处理的副作用较小。臭氧在杀菌后被还原成氧，因此能附带提高水中的溶氧量。⑦

生成条件简单，一般采用空气为原料。⑧消毒处理的感官作用较舒适，对健康的影响较小。

臭氧消毒的缺点：消毒剂不稳定；消毒系统设备比较复杂；能耗、投资、成本较大；消毒系统应变能力较差；监测较困难；空气环境污染的可能性；消毒副产物危害健康的可能性；处理水的生物不稳定性；与其他消毒剂联用后的作用机理以及生成副产物危害健康的可能性。

三、臭氧应用系统

臭氧应用系统一般包括以下几个部分：

臭氧发生器的供气系统，其能耗一般占整个消毒系统的15%～40%；

臭氧发生器及其供电系统。一般其投资占整个消毒系统的60%以上；

臭氧接触设备；

臭氧尾气处理系统；

系统仪表控制设备。

1.电晕放电法臭氧发生器的供气系统。

原料气体中的油、粉尘和水分都会在电晕放电的臭氧发生器内产生短路电弧，降低放电效率使臭氧浓度减少，还有可能造成电介质损坏。因此对供给臭氧发生器的气体应进行预处理。一般采用供气生产流程：气源――空气压缩设备――空气冷却器――气水分离设备――空气过滤器――储气罐――干燥器――空气过滤器――臭氧发生器。

2.臭氧发生器及接触设备

工业上使用最广的臭氧发生器为电晕放电法，就是在常温下使含氧气体在交变高压电场作用下产生电晕放电生成臭氧的过程。电晕放电法臭氧发生器是相对能耗较低、单机臭氧产量最大、市场占有率最高、应用最广的臭氧发生装置。它的生产原料为氧气、空气、含氧混合气。

臭氧的投加方式大多数采用将臭氧化气体用管道输送到投加点，采用投加设备将臭氧溶解到水中，并在接触设备中停留一定时间，完成消毒和反应的过程。投加设备和接触设备是两个不同的概念，前者的功能强调臭氧的溶解和均匀混合，后者的主要任务是为水流的各个部分都提供相同和充分的反应时间。有的投加设备和接触设备是结合在一起的，两者联系紧密。接触设备是提供消毒药剂和水中微生物充分作用时间的设备，要求药剂均匀扩散到水体的各个部分，常采用密封的常压容器，带有观测窗。

3.臭氧系统的尾气处理

臭氧的尾气必须进行处理后才能安全排放。尾气的处理系统中一般包括检测仪表、报警装置、抽气风机、除湿器和尾气处理设备，设备装置的制造材料都要考虑防止臭氧的腐蚀。尾气的处理有以下方法：催化分解法（常用于中小型臭氧系统）；加热―催化分解法；热分解法（用于大型臭氧系统）；尾气回收；活性炭湿式过滤处理；药剂还原法；大气稀释扩散排放（应用条件是要求尾气量少，符合有关排放标准）。

结语

目前，臭氧在很多国家自来水厂得到广泛应用，是国际公认的环保型绿色杀菌剂。臭氧凭借其优势在饮用水消毒处理工作中的应用受到好评，这不仅是因为他的消毒杀菌效果明显而且操作过程中不会产生二次污染，符合现阶段可持续发展要求，因此在今后的饮用水消毒工作中我们应加大对臭氧的应用研究，以促进其在饮用水消毒工作中发挥更大作用。

参考文献：

1.饮用水消毒技术/吴一蘩，高乃云，乐林生.北京：化学工业出版社，2005.9

2.水与废水的臭氧处理/徐新华，赵伟荣.北京：化学工业出版社，2003.9