浅析臭氧在建筑给水中的应用

摘要

阐述了臭氧的发展历史，产生的原理，总结了臭氧生产的方法，臭氧在建筑给水消毒中的用量及标准。分析了臭氧与其它消毒剂在消毒方面的应用优势，列举了臭氧在建筑给水中的应用。

关键词：臭氧 消毒 建筑给水

中图分类号： TE45 文献标识码： A

引言

臭氧技术的发展已有一百多年的历史。十九世纪初法国科学家舒贝因首次报告里发现了臭氧[1]。20世纪初德国帕德博恩建立了第一个大规模应用臭氧的水厂，臭氧应用越发广泛，世界上已有数千个臭氧水厂，欧洲已达到普及程度；各发达国家都在大力发展臭氧在给水处理中的应用。臭氧具有消毒、除臭、灭菌、防霉、保鲜等多种作用[2],[3]。一百多年来臭氧应用已深入到多个领域，其中臭氧在饮用水消毒领域发展尤其迅速。臭氧使用的主要领域包括：自来水处理、瓶装水处理、城市污水及工业废水处理、工业水处理、冷却循环水处理、游泳池水处理、游泳池水处理等[4]。

1.臭氧的消毒性质

1.1 臭氧的性质

臭氧是由三个氧原子构成的分子，其中一个氧原子与另外两个氧原子分别以单键相连，性质活泼，单键易断裂生成一个氧分子和一个单原子氧。臭氧在与氧气的转化过程中没有二次污染物产生，这是臭氧用于水处理及生活给水消毒的最大优越性[5]。CT值是臭氧消毒系统的主要设计参数，其中C代表臭氧浓度，以mg/L计；T代表接触时间，以min计；两者的积CT值表示消毒过程的有效性。水温越高，反应时间越短，所需的CT值越低。臭氧与氯系消毒剂的消毒性能比较，臭氧具备极强的杀菌消毒能力。

1.2臭氧的消毒原理

由于臭氧分子中的氧原子强烈的亲电子性，其在水中有较高的氧化还原电位(2.07v)，臭氧分解产生的新生态氧原子，在水中形成具有强氧化作用的羟基自由基・OH，因此臭氧表现出极强氧化性。羟基自由基及其活性氧原子的高度活性在水处理中被用于杀菌消毒、破坏有机物结构等;无二次污染，既可以杀菌消毒，又可以氧化分解水中污染物。

1.3臭氧的制备方法

目前，臭氧的生产技术主要基于自然界产生臭氧的原理，随着臭氧发生技术的深入研究，该技术已具备较高的水平，现介绍主要的几种臭氧制取方式：

1.3.1光化学法

氧分子O2吸收特定波长的紫外光（λ=185nm）后可分解并聚合成为臭氧（O3），大气层上空的臭氧层即是此种方法产生的。人工生产臭氧即采用光电法，人工产生出波长λ=185nm的紫外光，该波长的紫外光易被O2吸收产生臭氧。光化学法可生产高纯度臭氧，对湿度温度不敏感，具有很好的重复性；但是此方法能耗相对较高。

1.3.2电化学法

该方法是利用直流电源电解含氧电解质的水产生臭氧。由于电极材料、电解液与电解机理的深入研究，此种方法生产臭氧的技术取得了很大进步，现在已能够利用纯水电解得到高浓度臭氧。电解法生产臭氧具有浓度高、成份纯净、水中溶解度高的优势，但臭氧的产量较低。

1.3.3电晕放电法

电晕放电法是模仿自然界雷电产生臭氧的方法，通过人为的交变高压电场在气体中产生电晕放电，电晕中的自由高能离子离解O2分子，经碰撞聚合为O3。电晕放电型臭氧发生器是目前应用最广泛、相对能耗较低、单机臭氧产量最大、市场占有率最高的臭氧发生装置。广泛使用在建生活给水（水箱、水塔、蓄水池）快速消毒，游泳池池水循环消毒以及循环冷却水缓蚀除垢等领域。

1.4臭氧消毒的剂量及标准

臭氧消毒饮用水时，其用量取决于水质，应由实验确定精确值，比较清洁的水，一般应加臭氧0.5-1mg/L，作用5-10分钟后，水中保持臭氧浓度为0.1-0.5mg/L。

2.臭氧消毒与其他消毒方法的比较

2.1臭氧与其它消毒剂消毒效果比较

各种常用消毒剂的效果排列如下：O3>ClO2>HOCl>OCl->NHCl2>NH2Cl。紫外线消毒杀菌能力较弱，没有穿透能力，灯管寿命短，更换过于频繁等缺点，紫外线对水的消毒过程中有催化氧化的作用，容易产生亚硝酸盐超标。氯消毒存在产生二次污染物的问题：氯消毒会产生许多消毒副产物，如三卤甲烷( THMs) 、卤乙酸( HAAs) 、卤乙腈( HANs)等二次污染物。臭氧消毒不仅效果良好，且无二次污染风险，随着臭氧发生技术的不断发展，可进一步降低臭氧的成本。

2.2臭氧的工程应用

2.2.1臭氧在二次供水中的应用

由于建筑物高度超过城市服务水压，市政管网供应的自来水需储存、加压，以达到用户对水量、水压的要求。二次供水将水储存与储水设施（低位水池，水箱，水塔等）中，经加压和水处理设备、输水管线等到达用户。二次供水过程中，自来水是储存在储水设施里，水箱及水池中的部分水难以循环，长时间会造成水中的藻类和细菌繁殖，污染水质，水质指标达不到生活饮用水卫生标准，造成二次污染；这会威胁使用者的身体健康。储水设施臭氧消毒的工作原理是使用电晕放电法使氧转化为臭氧，并及时与水混合，利用臭氧的强氧化作用，杀灭水中的细菌。杀灭细菌效果最佳浓度，可以通过改变进水压力、气量、电流等调节来达到。目前，臭氧因其自身的优点在二次供水过程中应用越来越多。

2.2.2臭氧在循环冷却水处理中的应用

臭氧是一种强氧化剂，其抑制腐蚀的机理与铬酸盐缓蚀剂的作用大致相似，由于冷却水中活泼的氧原子与亚铁离子反应后，在阳极表面形成一层含γ-Fe2O3的氧化物钝化膜能阻碍水中的溶解氧扩散到金属表面，从而抑制腐蚀反应的进行[1]。研究表明臭氧具有阻垢作用，这是由于臭氧能氧化与该发生络合作用的物质，能够增加水中游离钙的浓度，从而防止结垢。

2.2.3 臭氧在游泳池水处理中的应用

泳池采用臭氧消毒时，宜采用逆流式循环布水方式，含有臭氧的进水可快速与池水混合，可不用投加其它化学药剂，如氯、絮凝剂、pH调节剂等，在实际运行中，逆流式布水易清除水面漂浮物、节水节能、减小池子清洁工作量等。池水按规范进行循环，在正常流量下，臭氧投加量在0.5mg/l时，可满足消毒需要，但设计时应考虑留出余量。可采用ORP控制器对水中的臭氧浓度进行监测，当池水回水的臭氧浓度偏高（大于0.15ppm）时，关闭臭氧发生器。

3.结语

综上分析可知，臭氧与其它消毒方式相比具备以下优势：

（1）臭氧的消毒效果好，杀菌消毒所需浓度较低，臭氧消毒过的水感官良好无异味，CT值在大肠杆菌杀灭试验中可达到0.01.

（2）臭氧消毒无二次污染物产生，属于清洁型消毒剂。紫外线消毒和氯系消毒剂均有较大的二次污染风险。

（3）随技术的发展，其成本可大大降低，发生装置将更加简单易操作，占地面积亦较小。

但是在臭氧技术应用于建筑给水处理方面也存在着一些问题：如成本较高，臭氧具有强氧化性，输送臭氧的管路要求较高,对现场管理和安全运行提出更严格的要求，往往管路较为复杂。

参考文献：

[1] 张金松,国外的饮用水臭氧化技术[J],闽江职业大学学报，2001(02):57-59.

[2] 邓曼适，臭氧消毒技术原理及其应用前景分析[J].华南建设学院西院学报,2000,( 3):54-58.

[3] 张捍东,臭氧消毒的原理及应用[J].安徽建筑;2000(6) :116-117.

[4] 齐爱玲,饮用水臭氧消毒模型的研究[J],哈尔滨工业大学硕士论文2009,(12).

[5] 邓秋农,臭氧技术的现状及发展趋势[J],净水技术.2001,20(3):7-10.