凈水廠臭氧處理系統(tǒng)的設(shè)計要點與分析

1、凈水廠臭氧處理系統(tǒng)的設(shè)計要點與分析梁萍(邯鄲巾自來水公司河北邯鄲056003)摘要：在給水深度處理工藝中臭氧系統(tǒng)得到越來越多的應(yīng)用結(jié)夸軼西水廠臭氧處理系統(tǒng)的設(shè)計與建設(shè)詳細(xì)介紹了臭氧系統(tǒng)中臭氧氣源制備、臭氧發(fā)生系統(tǒng)、接觸反響、尾氣破環(huán)系統(tǒng)等的設(shè)計方法廈建設(shè)經(jīng)驗。實際運行中該水廠臭氧系統(tǒng)運行穩(wěn)定、出水選標(biāo)。關(guān)鍵詞：凈水廠；臭氧處理系統(tǒng)；設(shè)計；接觸反響；尾氣隨著居民生活水平的不斷提高和健康條件的日益改善飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求亦愈來愈高，常規(guī)的絮凝、沉淀、過濾、消毒凈水工藝，已難以滿足水質(zhì)不斷提高的要求，有必要在現(xiàn)在常規(guī)處理工藝的根底上再增加水質(zhì)深度處理。臭氧氧化+活性炭過濾的水質(zhì)深度處理工藝，已在深圳、

2、上海、昆明、常州等城市逐步實施。在臭氧活性炭工藝中臭氧系統(tǒng)是其重要的組成局部其配置直接影響著凈水效果與運行本錢。邯鄲市鐵西水廠二期工程2004年建成投產(chǎn)設(shè)計供水規(guī)模為300萬m3、d，采用的處理工藝為：臭氧預(yù)處理+常規(guī)處理+臭氧一生物活性炭濾池。工藝流程如圖l。1臭氧的作用臭氧在給水凈化工藝中的主要作用有：前預(yù))氧化和主氧化。在前氧化工藝中，臭氧的作用主要有：去除臭和味、色度、鐵、錳以及重金屬和藻類，使水中膠體微粒脫穩(wěn)，改善絮凝效果，減少混凝劑的投加量，并可去除THM等“三致物質(zhì)的母體物，減少水中“三致物質(zhì)的含量，可將大分子有機(jī)物氧化為小分子有機(jī)物，氧化無機(jī)物質(zhì)如氰化物、碳化物、硝化物。主氧化

3、工藝中，臭氧一般與活性炭聯(lián)合使用，其作用主要有：殺死細(xì)菌和病毒；氧化有機(jī)物，如殺蟲劑、清潔荊、苯酚等；去除DOC；氧化分解螯合物如EDTA和NTA等。2主要工藝參數(shù)對于臭氧處理系統(tǒng)來說，臭氧的投加量、投加濃度、接觸反響時I刨以及在水中的轉(zhuǎn)移效率這4個工藝參數(shù)十分關(guān)鍵。前臭氧接觸時間一般為24min投加量一般為0515 mgL：后臭氧接觸時間一般不小于10 min，投加量一般為1525 mgL水中剩余臭氧的質(zhì)量濃度為0204 mgL：轉(zhuǎn)移效率均應(yīng)大于95。3臭氧系統(tǒng)的設(shè)計在給水凈化工藝中，臭氧系統(tǒng)一般由臭氧氣源制備、臭氧發(fā)生、接觸反響、尾氣破壞系統(tǒng)等兒局部組成。31臭氧的氣源制備臭氧發(fā)生器的氣源

4、可以是：枯燥空氣、液態(tài)氧、氣態(tài)氧?？諝庵瞥粞?，臭氧發(fā)生設(shè)備投資高，運行電耗高臭氧產(chǎn)量與含量低，臭氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在3一4，生產(chǎn)1 kg03耗電量在1013 kW·h。液態(tài)氧(LOX)制臭氧，臭氧發(fā)生設(shè)備投資低，運行電耗也低。臭氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)18甚至更高，生產(chǎn)l kg 03耗電量在lO13 kW·h。但液態(tài)氧一般需外購臭氧發(fā)生總本錢隨著液態(tài)氧價格的變化而變化。氣態(tài)氧制臭氧，臭氧發(fā)生沒備的投資比空氣制臭氧低，但比液態(tài)氧制臭氧要高。臭氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)也可到達(dá)18甚至更高，生產(chǎn)1 kg03耗電量在1l14 kw·h。氣態(tài)氧·般是VPSA(Vacuum Pressure

5、Swing Adsorption，真空變壓吸附技術(shù))現(xiàn)場制般，它是利用分子篩吸附空氣中的氮氣，讓空氣中的氧氣從分子篩通過，從而到達(dá)空氣別離的目的。當(dāng)分子篩吸附飽和后，再通過變壓，使分子篩中的氮氣脫落從而得到再生：之后，分子篩再重新工作?，F(xiàn)場制氧氣，氧氣體積分?jǐn)?shù)一般在90一93，生產(chǎn)l kg 03能耗一般在0304 kW·h。用液態(tài)氧制臭氧，過驗說明氧氣體積分?jǐn)?shù)在977，氮氣體積分?jǐn)?shù)在23時，臭氧發(fā)生器的臭氧產(chǎn)率最高。經(jīng)分析比擬鐵西水廠采用了VPSA現(xiàn)場制氧氣的氣源形式，另外配置一套液氧備用設(shè)備系統(tǒng)。VPSA現(xiàn)場制氧系統(tǒng)的生產(chǎn)規(guī)模折合成100純氧后為400 Nm3/h(Nm3h標(biāo)準(zhǔn)立方

6、米，O、1013 x 105Pa時的體積)，產(chǎn)品氣體中氧氣的體積分?jǐn)?shù)不小于90。32臭氧發(fā)生系統(tǒng)臭氧是氧分子通過高壓放電區(qū)時，被高電位電場電離而變成氧原子，一個氧原子與一個氧分子再結(jié)合，形成03。臭氧發(fā)生器是整個臭氧處理系統(tǒng)的設(shè)備核心，臭氧發(fā)生器的臭氧產(chǎn)量與質(zhì)雖分?jǐn)?shù)，隨著供氣壓力的增高而降低，其最正確工作壓力一般為O12013MPa目前國內(nèi)水廠使用的臭氧發(fā)生器大都是由國外進(jìn)口，能夠生產(chǎn)高濃度、高產(chǎn)量臭氧發(fā)生器的廠家全世界也就幾家?？梢酝ㄟ^招標(biāo)形式來采購設(shè)備。臭氧系統(tǒng)的管道絕人局部是采用不銹鋼材質(zhì)，所接觸的介質(zhì)是空氣、氧氣、臭氧等，屬于要求較高的工業(yè)管道，可參考化工行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)束設(shè)計、施

7、工及驗收。由于氧氣和臭氧的危險性，在生產(chǎn)運行中要求管道既不能有任何泄，也不能有任何顆粒、纖維、油脂，所以對系統(tǒng)管道最根本的要求就是密封和清潔。要到達(dá)這一目的就必須在管道的連接、清洗、吹掃、試壓等方面嚴(yán)格把關(guān)。鐵西水廠共配備3臺臭氧發(fā)生器，總發(fā)生量為140 kgh臭氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于10。冷卻水水溫不超過32。管道絕犬局部采用焊接的連接形式并對焊縫進(jìn)行x光無損探傷，在安裝前用998的乙醇浸泡管道不少于15 min。以求到達(dá)脫脂效果。氧發(fā)生器的備用率一般應(yīng)大于30，備用的方式有設(shè)備臺數(shù)備用(硬備用)與設(shè)備發(fā)生能力備用(軟備用)兩種，33接觸反響接觸反響是臭氧處理系統(tǒng)中生產(chǎn)運行的核心，它的作用是將臭

8、氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧氣體迅速有效地擴(kuò)散到被處理水中，并穩(wěn)定可靠地完成反響。為了保證臭氧與水的反響效果，臭氧擴(kuò)散通常采用微孔曝氣或射流曝氣兩種形式，由于臭氧的氧化性極強，會與水中的鐵、錳離子發(fā)生氧化反響，生成的鐵、錳離子淀物質(zhì)會堵塞曝氣頭微孔。另外，如果預(yù)接觸池的進(jìn)水含有藻類，那么藻類含量較高時也會影響曝氣頭出氣。如果預(yù)曼氧系統(tǒng)采用微孔曝氣的形式那么會增大曝氣系統(tǒng)的維護(hù)工作量，臭氧又屬于有毒氣體，設(shè)備維護(hù)難度大，并需要停池才能檢修，影響正常供水，所以不宜采用微孔曝氣的形式。鐵西水廠預(yù)臭氧接觸反響系統(tǒng)采用文丘里射流曝氣的形式，其根本原理類似于水射器。加壓水泵提供的高速水流通過射流器在管道上形成負(fù)壓，

9、吸入臭氧氣體，并同時進(jìn)行氣水混合，到達(dá)臭氧擴(kuò)散的目的。主要氧接觸池的進(jìn)水已經(jīng)過常規(guī)處理，水中的藻類含量較少，故適宜采用微孔曝氣的形式，這樣既減少了能耗，又保證了曝氣的均勻。由于主臭氧池出水含有一定的余臭氧，如冉水管采用一般水泥沙漿內(nèi)襯的碳鋼管那么管道有被腐蝕的危險；如采用不銹鋼管那么工程投資較大；另外，這局部輸水管道上的閥門必須考慮抗臭氧腐蝕的問題。根據(jù)國內(nèi)外水廠的經(jīng)驗。建議水廠主臭氧接觸池至炭濾池采用密閉混凝土集水渠取代管道作為輸水渠道，且每條出水廊道均不設(shè)出水閘板，而采用薄壁堰跌落出水的形式既保證了每條線的出水均勻，又減免了采用閘板造成的維護(hù)困難等問題。有一點需注意，主臭氧出水至炭濾池這段

10、輸水距離應(yīng)有一定的長度或炭濾池(包含池面和管廊)通風(fēng)條件良好，否那么當(dāng)水流至敞開的炭濾池面時由于臭氧的聚集其氣味會令人不適，嚴(yán)重的會發(fā)生人員中毒事故。為了保證整個臭氧系統(tǒng)能根據(jù)水廠處理水量的變化而自動控制臭氧的投加量應(yīng)在臭氧接觸池的每條接觸反響線配備進(jìn)水電磁流量計，并將水流量轉(zhuǎn)化成420mA的電流信號提供應(yīng)臭氧系統(tǒng)的主控，根據(jù)需要處理的水量自動調(diào)整臭氧投加量。無論是預(yù)臭氧還是主臭氧接觸池在正常運行的池內(nèi)都是略帶正壓的，雖然壓力并不高，但由于是長期帶壓運行為了保證臭氧氣體不外漏必須保證池體的氣密性能。需要注意的是，在接觸池運行前應(yīng)對池內(nèi)進(jìn)行徹底清潔，將所有施工垃圾清理掉還需防止池體水泥砂漿掉落，

11、因為這些都有可能堵塞曝氣頭和射流擴(kuò)散器。34臭氧尾氣破壞系統(tǒng)臭氧是一種帶有強刺激氣味的淡藍(lán)色氣體。臭氧在空氣中的質(zhì)量濃度為015 mg/m3，時能嗅出環(huán)保允許排放限值為012020 mgm3。臭氧在常溫下分解消失的半衰期為20min。由于受水質(zhì)與擴(kuò)散裝置的影響，進(jìn)入接觸池的臭氧很難100被吸收，在排出的尾氣中仍含有一定數(shù)量的剩余臭氧。由于臭氧對人體健康有危害，對環(huán)境有污染，因此必須對接觸池排出的尾氣進(jìn)行處理。常用的方法有：高溫加熱法和催化劑法。高溫加熱法：臭氧加熱到350時，其半衰期小于004 s，它在l.52 s內(nèi)便可100分解。加熱法的優(yōu)點是平安可靠，維護(hù)簡單，并可回收熱能；缺點是增加了局部設(shè)備投資和運行能耗。催化劑法：它是利用催化剃對臭氧尾氣進(jìn)行分解破壞，目前使用的催化劑是以MnO2為基質(zhì)的填料。催化劑法的優(yōu)點是設(shè)備投資和運行能耗比高溫加熱法低；缺點是處理效果受水質(zhì)(如硫化物、鹵素)、環(huán)境質(zhì)量、尾氣的含水率、催化劑的使用年限等因素影響其平安穩(wěn)定性比高溫加熱法差，且催化劑需要定期更換。鐵西水廠預(yù)主臭氧尾氣破壞間分別設(shè)在預(yù)主臭氧接觸池池頂上，各配備用2臺加熱型臭氧尾氣破壞器(1用1備)。最大尾氣處理量為770 m3h，排放到大氣中的