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農村集中供水臭氧消毒設備

農村集中供水臭氧殺菌消毒裝置

井水經淨化過濾後,一般能直接做為飲用水,但有些區域的井水需做淨化消毒處理,目前采用的飲水消毒方法較多。有氯化消毒、漂白粉消毒、也有采用臭氧消毒、紫外線消毒和二氧化氯消毒,還有部分采用次氯酸鈉消毒。

次氯酸鈉是由次氯酸鈉發生器將食鹽電解後產生的,其有效氯含量在1%-5%。次氯酸鈉容易受陽光、溫度的作用而分解,因此次氯酸鈉宜就地製備和投加。工業製備的次氯酸鈉有效氯含量在10%-12%,但由於其不穩定性,在購進時應測試其有效氯含量。存放時間應在1月以內。投加方法要用重力投加,通過水封箱加注到水泵吸水管中,也可用水射器向壓力管中投加。加藥濃度以有效氯含量在l-6mg/L時每噸水約加10-60ML次氯酸鈉溶液。

農村水廠

農村水廠以深井加水塔的供水方式為多,也有使用地麵水而進行完全處理後的供水生產方式。農村水廠的飲水消毒根據其經濟條件不同而選擇的方法不同,大部分采用的是漂白粉消毒,也有使用次氯酸鈉消毒,少數水廠采用液氯消毒、臭氧消毒、二氧化氯消毒和紫外線消毒。

3.農村分散式給水

我國農村目前分散式給水麵還有相當的比例,為保證飲用水質的衛生安全,井水必須經常消毒,尤其在腸道傳染病流行季節更不可忽視。井水消毒可采用普通消毒法和持續消毒法

臭氧(O3)
2.1臭氧的應用
1840年瑞士化學家 Schōnbein證實了臭氧的存在。1886年法國人Meritenus發現臭氧具有殺菌作用。1893年荷蘭首先將臭氧應用於水的消毒處理。1906年法國的 Nice城將臭氧用於大規模淨水廠的水處理,至今已有近百年曆史。臭氧氧化能力強,用於消毒殺菌殺傷力大,速度快;臭氧可氧化溶解性鐵、錳,形成高價沉澱物,使之易於去除;可將氰化物、酚等有毒有害物質氧化為無害物質;可氧化致嗅和致色物質,從而減少嗅味,降低色度;可將生物難分解的大分子有機物氧化分解為中小分子量有機物,使之易於生物降解;使用臭氧預處理,還可以起到微絮凝作用,提高出水氰質;應用臭氧,不會在處理過程中產生有害的三致物質。目前,世界上有上千家水廠使用臭氧進行處理、消毒。在歐洲主要城市已把臭氧作為去除水中汙染的一種主要手段用於飲用水的深度淨化。20世紀70年代初以來,許多國家還對臭氧應用於城市汙水、工業廢水、循環冷卻水處理進行了研究並有很多成功的例子。70年代中期開始,我國也開始了利用臭氧氧化工藝處理受汙染飲用水水源的試驗研究工作。現在國內已有數十家水廠應用於實際生產。
2.2 臭氧的物理性質
O3是一種具有特殊的刺激性氣味的不穩定氣體,常溫下為淺藍色,液態呈深藍色。O3是常用氧化劑中氧化能力最強的,在水中的氧化還原電位為2.07V,而氯為1.36V,二氧化氯為1.50V。另外,O3具有較強腐蝕性。O3在空氣中會慢慢自行分解為 O2,同時放出大量的熱量,當其濃度超過25%時,很容易爆炸。但一般臭氧化空氣中 O3的濃度不超過10%,不會發生爆炸。在標準壓力和溫度下,純臭氧的溶解度比氧大10倍,比空氣大25倍。0℃時,純臭氧在水中的溶解度可達1.371g/L。O3在水中不穩定,在含雜質的水溶液中迅速分解為 O2,並產生氧化能力極強的單原子氧(O)和羥基(OH)等具有極強滅菌作用的物質。其中羥基的氧化還原電位為2.80V。20℃時,O3在自來水中的半衰期約為20分鍾。
2.3 臭氧的氧化消毒機理
O3溶於水後會發生兩種反應:一種是直接氧化,反應速度慢,選擇性高,易與苯酚等芳香族化合物及乙醇、胺等反應。另一種是 O3分解產生羥基自由基從而引發的鏈反應,此反應還會產生十分活潑的、具有強氧化能力的單原子氧(O),可瞬時分解水中有機物質、細菌和微生物。
O3 → O2 +(O)
(O)+ H2O →2OH
羥基是強氧化劑、催化劑,引起的連鎖反應可使水中有機物充分降解。當溶液 pH值高於7時,O3自分解加劇,自由基型反應占主導地位,這種反應速度快,選擇性低。由上述機理可知,O3在水處理中能氧化水中的多數有機物使之降解,並能氧化酚、氨氮、鐵、錳等無機還原物質。此外,由於 O3具有很高的氧化還原電位,能破壞或分解細菌的細胞壁,容易通過微生物細胞膜迅速擴散到細胞內並氧化其中的酶等有機物;或破壞其細胞膜、組織結構的蛋白質、核糖核酸等從而導致細胞死亡。因此,O3能夠除藻殺菌,對病毒、芽孢等生命力較強的微生物也能起到很好的滅活作用。
2.4 臭氧的氧化消毒特性
(1) O3作為高效的無二次汙染的氧化劑,是常用氧化劑中氧化能力最強的(O3>ClO2>Cl2>NH2Cl),其氧化能力是氯的2倍,殺菌能力是氯的數百倍,能夠氧化分解水中的有機物,氧化去除無機還原物質,能極迅速地殺滅水中的細菌、藻類、病原體等。
(2) O3消毒受 pH值、水溫及水中含氨量影響較小,但也有一定的選擇性,如綠黴菌、青黴菌等對 O3具有抗藥性,須較長時間才能殺死。O3用於飲用水消毒時,水的濁度、色度對消毒滅菌效果有影響,將有相當一部分 O3被用於無機物和有機物的氧化分解上。
(3) O3去除微生物、水草、藻類等有機物產生的嗅、味,效果良好,脫色能力比 Cl2和ClO2更為有效和迅速。
(4) 投加 O3能改變小粒徑顆粒表麵電荷的性質和大小,使帶電的小顆粒聚集;同時 O3氧化溶解性有機物的過程中,還存在“微絮凝作用”,對提高混凝效果有一定作用。
(5) O3消毒效果好,劑量小,作用快,不產生三氯甲烷等有害物質,同時還可使水具有較好的感官指標。O3對一些頑強病毒的滅活作用遠遠高於氯,但水中 O3分解速度快,無法維持管網中有一定量的剩餘消毒劑水平,故通常在 O3消毒後的水中投加少量的氯係消毒劑。
(6) O3能將水中不易降解的大分子有機物氧化分解為小分子有機物,並向水中充氧使水中溶解氧增加,為後續處理(特別是生物處理)提供了更好的條件。但從經濟上考慮,O3投加量不可能太高,所以氧化並不徹底,如果後續工藝處理不當,也會產生三鹵甲烷等有害物質。
(7) 在水處理過程中,應盡量不要生成新的三鹵甲烷物質,因為三鹵甲烷一旦形成,O3也很難將其氧化去除。
2.5 臭氧的製備及經濟性分析
生產 O3的方法有無聲放電法、放射法、紫外線法、電解法等。在實際淨水廠應用中都采用無聲放電法。使氧氣(O2 )轉變 O3,首先需要有很大的能量將O—O 鍵裂解為氧原子。無聲放電就是利用高速電子來轟擊氧氣,使其分解成氧原子:
O2 = 2O
離解後的氧原子有些合成臭氧:
3O = O3
有些重新合成為氧氣,有些則和氧氣合成為 O3:
O + O2 = O3
上述反應都是可逆的,生成的 O3也會分解成為氧原子活氧氣。所以,通過放電區域的氧氣中隻有一部分能夠變成 O3,因此生產出來的O3通常指含一定濃度 O3的空氣,稱為臭氧化空氣,並非純臭氧氣。每生產1千克 O3理論上需要耗能0.836kW?h;而用空氣生產O3時,隻有4~6%的電能作了有效功,實際每千克 O3耗電15~20kW?h。用純氧氣生產O3的電耗大約可降低一半左右。根據目前的技術水平,O3的生產原料分為空氣、純氧氣、液氧三種。采用液氧一般適用於中小規模(臭氧量<50kg/h)。采用變壓吸附法或負壓吸附法現場製取純氧,適用於臭氧量>50kg/h 的規模。利用幹燥空氣製取 O3,獲得的臭氧濃度一般在1~3%;而利用純氧或液氧生產的臭氧濃度可達10%左右,而且空氣製取 O3的電耗約為另外兩種方法的2倍。據有關報道,利用幹燥空氣、現場製純氧、購買液氧三種方法製取 O3,每千克 O3的生產成本分別約為16.0元、12.0元和17.3元。可見現場製取純氧的辦
法成本最低。若按投加量5mg/L 計,每噸水采用O3的處理成本為0.06元。實際工程中,O3多不單獨使用,常與顆粒活性炭聯用對飲用水進行深度處理,即臭氧——活性炭水處理工藝,效果良好。對其生產成本進行分析,水廠規模在5~40萬噸/天時,因采用臭氧——活性炭工藝而增加的製水成本在0.10~0.15元/噸之間。根據我國各自來水廠的供水狀況,從提高水質和人們的生活水平考慮,這種工藝是完全可以接叓的。
2.6 使用臭氧存在的問題
O3氧化能力很強,但也並非十全十美。應用 O3也存在著一些問題,O3化會帶來副產物。微汙染水源中有機物種類繁多,O3 能與有機物反應生成一係列的中間產物。要對其全部進行檢測是非常困難的。因此,世界衛生組織(WHO)采用溴酸根和甲醛作為 O3副產物的指標。由於經濟方麵等原因,O3投加量不可能大到將大分子有機物全部無機化;另外,即使過量投加 O3,也會有其他物質出現,也不可能使有機物全部礦化,因為 O3氧化大多數有機物產生的不完全氧化產物可能阻礙O3的進一步分解,導致O3不可能將這些中間產物完全氧化,如甘油、乙醇、乙酸等。同時,O3不能有效的去除氨氮,對水中有機氯化物無氧化效果。O3處理時與有機物反應生成不飽和醛類、環氧化合物等有毒物質,對人體健康有不良影響。如果水中含有較多的溴離子,O3會將其氧化為次溴酸。次溴酸與鹵化消毒副產物的前體物反應,會產生溴仿和其它溴化消毒副產物。溴離子還能被進一步氧化為溴酸鹽離子,從而導致出水呈致突變陽性。臭氧化後水中可同化有機碳(AOC)上升,可能會造成水中細菌的再度繁殖。為了維持管網中有足量的剩餘消毒劑,在臭氧處理後再加氯或氯胺處琂會分別生成三氯硝基甲烷和氯化氰,成為新的消毒副產物,其毒性現尚不清楚。對某些農藥,O3氧化後的產物可能更有害。
總體上說,雖然應用 O3時有副產物生成,但一般情況下濃度不高,毒性問題也不嚴重。根據目前的研究,無論在副產物的生成量和毒性,還是在出水的致突變活性方麵,O3都比 Cl2和ClO2理想。
結 論
1.ClO2和O3都是高效的氧化消毒劑, 其氧化消毒能力受pH值及水中氨氮的影響均較小,消毒都不會產生三氯甲烷,,是液氯消毒的理想替代產品。
2. ClO2比 O3具有更高的穩定性,同時又比氯具有更強的消毒能力;但氧化能力比 O3差。但用臭氧消毒時,為了維持管網中的持續消毒能力,需要采用氯、氯胺、二氧化氯等作為輔助消毒劑。
3. 為避免生成三鹵甲烷難以去除,在原水腐殖質、藻類、酚含量高的水廠,建議使用 ClO2或O3進行預處理。
4. 水處理中采用 O3要比采用ClO2成本略高,但從水質來講,采用臭氧——活性炭工藝要比采用 ClO2好。就經濟水平而言,這兩種改進水質的方法都是可以接受的,各水廠可以根據具體情況采用相應的的措施


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