臭氧接觸池的新設計方法和應用

1、臭氧接觸池的新設計方法和應用森岡 崇行 , 汪兆康富士電機系統(tǒng)株式會社圖為2月28日采訪汪兆康先生時,他與水業(yè)中國CEO陳震宇的合影摘要:本文介紹運用本公司獨自開發(fā)的模擬系統(tǒng)對臭氧接觸池設計的新方法,通過對常用的臭氧接觸池擴散管式接觸池和作為新一代接觸池而正被引起矚目的DUT性能的評價,來體現(xiàn)其實用性。關鍵詞：設計、臭氧接觸池、擴散管式接觸池、DUT、模擬系統(tǒng)、臭氧濃度4 / 4文檔可自由編輯打印1.前言臭氧是具有強氧化性的氣體。溶解于水后，可以去除異臭、三鹵甲烷生成可能性能、色素及微量的化學成分等作用。在世界范圍內飲用水的水質標準越來越嚴格的情況下，臭氧處理的有效性也越來越被重視。本文，就臭

2、氧接觸池的新設計方法和應用作簡單的介紹。2. 臭氧接觸池2.1 臭氧接觸池的類型臭氧處理的接觸池是提供臭氧溶解于水和確保臭氧反應時間的裝置。由此，臭氧接觸池應具備以下兩個功能：讓臭氧有較高的溶解率（較高的臭氧吸收率）和較高的反應效率（較高的去除率）具有代表性的臭氧接觸池的類型如圖1、圖2所示。圖1所示的擴散管式接觸池，是目前世界上廣泛使用的一種類型?；緲嬙鞛橛赏蛄魇?格接觸池（分3格投加臭氧）后加滯留池(增加反應時間)。例如，日本具有代表性的大型凈水廠東京都金町凈水廠、朝霞凈水廠、大阪市柴島凈水廠都采用這種類型的接觸池。圖2是U型管式（Deep U-tube的開頭字母，簡稱為DUT）接觸池

3、1)。它最早是由法國人開發(fā)出來的，有效水深設定為2030m，具有占地面積小，臭氧吸收率高的特點。例如：大阪市豐野凈水廠、阪神水道的新尼崎凈水廠是采用這種類型的接觸池。 富士電機系統(tǒng)株式會社 環(huán)境系統(tǒng)本部事業(yè)企畫部191-8502東京都日野市富士町1丁目TEL.+81-42-585-6116FAX.+81-42-585-6119E-mail:wang-,2.2 與臭氧接觸池性能有關的因素如表1所示，為了預測臭氧接觸池的性能，必須考慮原水的水質和與其他與接觸池相關的因素。原水處理水臭氧氣體接觸池滯留池 圖1擴散管式接觸池上升部（下降管）下降部處理水臭氧氣體原水圖2 U型管式接觸池 （DUT） 在擴

4、散管式接觸池中,因為溶解和反應同時進行,所以很難明確劃分其溶解過程和反應過程。而DUT則是在中央的下降管里以極短的時間里幾乎被完成溶解，其后在上升過程中進行反應, 接觸池中可以明確劃分溶解和反應過程。3 設計方法 為了能最大程度地同時考慮表1的各種因素關系，運用了物理化學的系數(shù)進行工程學的模擬實驗。模擬實驗的概要如圖3所示。輸入條件包括:輸入接觸池的外形尺寸、接觸方法、處理條件、臭氧注入條件等。據(jù)此，通過臭氧吸收模式（包括反應模式）對臭氧的吸收和反應進行計算,得到處理水中溶解臭氧的濃度和反應物質的濃度。如果計算出的結果并不是很好的情況，可以改變其輸入條件（如臭氧注入率、滯留時間等）重復進行演算

5、。如果知道了臭氧的注入率的話，通過演算，即可計算出臭氧的需要量，從而決定臭氧發(fā)生器的發(fā)生量。另外，如果能夠定出接觸時間的話， 便可計算出接觸池的規(guī)格。LG如圖3所示，模擬演算在設計中是一種非常有用的手法。臭氧吸收的模式是此模擬演算的核心。如表2所示。擴散管式的模式別名也被稱為LCGP(Liquid Phase Complete mixing Gas Phase Plug Flow)模式。另外，DUT的模式也是由本公司開發(fā)完成的2)3)。表2中以臭氧吸收為主進行表述。為了簡便起見,臭氧的反應只采用臭氧的自我分解。在實際運用中，反應物質和臭氧的反應通過另外的實驗進行驗證，求出其反應式和反應速度定數(shù)

6、，追加入表中的公式中。當反應物質為化學物質的時侯，臭氧的反應速度系數(shù)不隨原水水質而改變，為一定值。但是，原水中所包含的有機物的性質根據(jù)原水不同而不同，根據(jù)經(jīng)驗可明顯得知有機物的臭氧消費特性（臭氧消費速度系數(shù)），將此另行進行實驗而求取是非常重要的。多數(shù)的情況下，即使pH等條件相同的水質，因內含有機物成分的不同,臭氧的消費速度系數(shù)也存在差異。模擬實例 表3中所示的是根據(jù)實際的模擬演算作為參考而設計的某大型凈水廠接觸池的實例。同向流式3格接觸池,全部有5座，表所示的流量等為其合計值,接觸池內的反應時間約為12分鐘，滯留池的滯留時間約為6分鐘。表1 與臭氧接觸池的性能相關的因素分類代表性因素反應物質濃

7、度（反應物質的反應速度系數(shù)K）水質 共存物質濃度（共存物質對反應促進,阻礙的程度） PH，水溫臭氧消費性物質濃度（臭氧消費速度系數(shù)，臭氧分解速度）原水 （ 流量變動水量 臭氧氣體濃度，L/G（液,氣體比率）臭氧氣體流量，溶解裝置的功能 臭氧氣體空塔速度（也稱氣體吹入速度，和a相關聯(lián)） 、 分配系數(shù)（亨利定數(shù)），水深 滯留時間分布，臭氧濃度分布接觸時間（接觸池和滯留池或下降管和上升部）反應裝置的功能接觸池、 格數(shù)， 各格的注入比率（注入的偏心系數(shù)）注入率，CT值表2 臭氧吸收的基本方程式輸入臭氧注入條件 被處理物質流入濃度注入臭氧氣體濃度處理條件（水質）接觸方式接觸池外形、接觸方法 處理水流量注

8、入臭氧氣體流量（臭氣物質易分解性下方注入、部分注入）（向流、并流農(nóng)藥難分解性） 臭氧消費物質其它條件反應速度系數(shù)接觸池高度、接觸面積 物質移動容量系數(shù)pH溫度 臭氧自我分解速度系數(shù) 臭氧吸收模式計算 處理水溶存臭氧濃度輸出 實際設備被處理物質除去率 應用于設計臭氧吸收率排臭氧濃度 圖3模擬的概念表3 實測值和模擬的比率項目17:0018:259:00水溫29.93029.4UV2600.0710.0890.082-MIBng/L6722O3注入率mg/L3.232.6O3發(fā)生量kg/h343434處理水量m3/h104001120013200發(fā)生O3氣量Nm3/h180018001800發(fā)生O

9、3濃度g/m318.8918.8918.89尾氣臭氧實測值g/m31.91.81.7計算值1.511.41.25吸收率實測值%89.9490.4791.00計算值91.9992.5893.38溶解O3實測值mg/L0.030.010.03計算值0.0350.0290.026表中顯示運行后的實際性能和在水質中進行模擬的相適合性。由于此時原水的臭氣物質（2-MIB）濃度很低，沒有進行對臭氣的計算。但是，如表中所示,溶解臭氧濃度和臭氧吸收率的計算結果和實際數(shù)據(jù)基本上一致。設計變數(shù)、操作變數(shù)及擴散管式接觸池和DUT的性能4.1臭氧吸收率投加量=1.5(mg/L)、反應時間=min一定的條件下，接觸池的

10、高度及注入臭氧氣體的濃度(P0)產(chǎn)生變化時的臭氧吸收率如圖4所示。（為了保持一定的臭氧投加量，當投加臭氧氣體的濃度升高時，可降低臭氧氣體的流量）。隨著投加臭氧氣體的濃度的升高，臭氧吸收率增加到10%以上。可是，提高接觸池的深度的時侯，臭氧吸收率增加量很微小?？梢?臭氧氣體濃度的效果影響很大。也就是說，如果使用高濃度的臭氧氣體，提高接觸池的高度時，也能取得同樣的效果。同向流式3格接觸池(接觸池有效水深6m的時侯)時也同樣，臭氧吸收率和DUT幾乎沒有差別。4.2臭氣物質去除率選用的臭氣物質為2-MIB（二甲基異冰片）。在臭氧投加量=1.5(mg/L)、反應時間=min一定的條件下，接觸池高度及臭氧

11、的濃度產(chǎn)生變化時,臭氣物質去除率如圖5所示。臭氣物質去除率隨注入臭氧氣體的濃度而增加，但從 P0=25mg/L-air附近開始呈現(xiàn)飽和趨勢。圖6是DUT同向流散氣管式3格接觸池的接觸池內溶解臭氧濃度分布曲線圖。(P0=30mg/L)和同向流擴散管式3格接觸池相比較，DUT 的值在整體上呈現(xiàn)高出10%左右。此原因，可考慮為是由于溶解臭氧濃度分布不均而引起的。從圖中可以看到，同向流散氣管式3格接觸池的流出口處溶解臭氧濃度值最大，而DUT則是在接觸池底部時最大。這說明了在DUT中臭氧的溶解主要是在下降管內，并且在非常短時間內進行。（本計算中全滯留時間的 2.5%大約7.5sec）因此，DUT中在較早

12、的階段就開始進行高濃度的臭氧溶解和臭氣物質的反應，并有效地利用上升過程的滯留時間。和同等滯留時間的同向流式3格接觸池相比顯示了其較高的臭氣物質去除率。結語本文針對利用模擬演算對臭氧接觸池的設計方法的實用性進行了說明。由于篇幅的關系未能作詳細的說明。如果能給諸位帶來參考價值的話,筆者將感到十分榮幸。8284H=6mH=6mH=30m15010050010098969492908886U型管式臭氧吸收率(%)同向流擴散管式注入臭氧氣體濃度 (mg/L-air)0P圖4 注入臭氧氣體濃度和臭氧吸收率80H=30mU型管式 H=6m70同向流擴散管式臭氣物質去除率(%)60H=6m50403020100 (mg/L-air)P注入臭氧氣體濃度 1501005000圖5注入臭氧氣體濃度和臭氣物質去除率接觸池底部1.61.4溶存臭氧濃度U型管式H=30m1.21.00