臭氧及其在给排水处理系统中的应用进展

臭氧及其在给排水处理系统中的应用进展

邢国清

山东城市建设职业学院   山东济南   250000

摘要：臭氧属于一种强氧化剂，能够消灭水中的细菌、真菌与病毒，同时也可将不饱和有机物逐渐分解为稳定的无机物，具有较强的污水处理效果。臭氧拥有多种功能，包括脱色、杀藻、除臭等等，在应用过程中，不会产生氯气消毒的有害产物，在现代给排水系统中的应用十分常见。臭氧工艺经过了多年的发展，获得了显著的处理效果，操作十分便捷，不仅能够实现就地制作，同时在处理中不会产生二次污染现象，具有较为长远的发展前景。

关键词：臭氧；给排水处理；应用进展

在工业用水系统以及用水系统中，传统的氯气消毒逐渐被臭氧消毒所替代，这主要是由于使用氯气消毒，可能会产生致癌的三氯化物衍生物，对人体产生巨大威胁。臭氧技术的应用在给排水处理中已经经历了多年发展，且各项工艺技术已经十分成熟，为现代污水与用水处理提供了新的方向，实现了高效处理。下文主要阐述臭氧的特性及其生理作用，并分析在给排水系统中的具体应用方式。

一、臭氧的特性

臭氧最初应用于水厂消毒，人们对臭氧的理解，主要来源于地球大气层中的臭氧层，能够吸收太阳的紫外线，避免生物受到紫外线辐射的干扰。臭氧属于强氧化剂，具有较强的氧化作用，在常温状态下，主要呈现为淡蓝色，在空气中不稳定容易被分解。与氧气相比，臭氧更容易溶于水，随着水温度的上升，臭氧在水中的分解也就会加剧。由于臭氧属于强，氧化剂在水中会多种物质发生化学反应，所以具有除臭、脱色、杀菌等多种功效。水中的有机物大部分属于不饱和分子结构，容易被臭氧分解形成饱和结构的无机化合物，臭氧具有较强的氧化作用，能够将二价铁离子的氧化还原成三价铁离子，在注入臭氧后，也可能因氧化反应过度形成锰酸化物。臭氧能够杀灭微生物，这主要是由于臭氧对细胞壁具有较强的穿透力，经过细胞壁厚度能够对细胞膜产生破坏，从而对RNA、DNA造成威胁，致使细胞死亡。因此臭氧具有较强的杀菌作用，能够杀灭孢子、铁细菌、病毒。

二、臭氧的生理作用

在工业臭氧装置中，臭氧浓度较高，为形成对人体产生危害的刺激性臭味，影响呼吸功能。臭氧如果浓度较低，不会对人体产生危害，人类对臭氧能够感知的范围一般在0.01~0.02ppm范围之内，不同臭氧浓度以及停留时间对人体产生的毒性有所差异[1]。比如在0.01~0.02ppm范围内，人体只是能够感觉到微量的臭氧；在0.2~0.5ppm范围内，如果停留三个小时，人体的视力会随之下降；在0.5ppm浓度时，人体的上呼吸道会感受到强烈刺激。

三、臭氧在给排水处理系统中的应用

（一）给水处理系统的应用

当前臭氧杀菌在给水处理系统中已经得到了广泛应用，大部分功能主要是以杀菌、脱色、除味、去除有机物等为主。近些年来，人们逐渐发现，在除藻过程中，应用臭氧能够实现絮凝，使得滤速得到提高，具有较强的处理效果。在给水处理工艺中，臭氧的方式有所不同，包括前投加、中投加以及后投加，根据最终的处理目的，需要选择相应的投加方式。

1.杀菌

过去选择氯气消毒的方式会形成有机氯化物，从而引发致癌问题，个发给水处理成意识到了氯气消毒带来的危害，因此逐渐引入了臭氧处理系统。比如，在净水处理阶段，前期投加氯气已经被前期加臭氧所取代，既能够达到前期杀菌的作用，也能够有效提高絮凝效果，使得絮凝剂的投入量能够得到控制，从而减少污泥量的形成，使得给水处理系统更加完整。

2.与活性炭吸附结合

将臭氧处理技术与活性炭吸附相结合，不仅能够提高有机物的分解能力，同时臭氧也可分解成为氧气，使得水中的氧含量随之增加，为活性炭中的微生物提供可靠的生存条件，加速代谢活动，实现活性炭层吸附反应效率的提升。上述提到活性炭属于特殊的生物活性炭，经过了多年的应用期限。通过对臭氧与生物活性炭实验效果的对比可以发现，在二者的结合作用下，能够使得TOC的去除率得到显著提高，最高可达80%以上[2]。

3.去除异味

在湖泊、水库等水域内，可能会出现富营养化的问题，藻类、防线菌等蜉蝣生物量增加，从而形成了让人无法接受的气味。另外，也有一部分水生动植物在繁殖或衰老过程中，未产生诸多产物，而此类有机物的腐败与分解，导致水体味道加重。臭氧能够有效去除易臭气味物质，在给水处理厂中安装臭氧设备，能够实现对水质异常的全部清除，保障人们日常用水。通常在添加臭氧时，投加量应当在2~4mg/L以内；但也有实验研究认为，如果单独投加臭氧，投加量可超过4mg/L；如果选择过氧化氢-臭氧法，投加量在2mg/L左右。随着臭氧处理工艺与活性炭吸附工艺的融合，水质异味问题的去除更有效。

4.去除色度

天然水中产生色度主要与腐殖质相关，土壤与泥炭在水的冲刷作用下，腐殖酸会进入到水中。而此类物质大多数属于高分子环状化合物，存在羧基团，导致其具有酸性。腐殖酸包括腐殖质与白腐酸，臭氧能够有效提高此类酸的氧化率，使其pH值发生变化，但对水离子的影响不大。臭氧具有较强的出色效果，由于色度的形成与腐殖质相关，如果臭氧的投加量低、与水的接触时间如果不够充分，则会可能再次出现色度现象。单独使用臭氧，处理效果更佳，能够与羟基直接发生反应，起到去除色度的效果。

（二）排水处理系统的应用

为了实现经过处理后污水的再利用，可使用臭氧完成脱色、除臭、杀菌等流程，使得二次处理水质得到保障。比如在处理生活污水时，可选择投入臭氧，从而达到杀灭大肠菌群的效果，在消灭大肠菌群的同时，能够有效降低COD与低发泡性。在处理工业废水投加臭氧时，可增加一倍的投加率，并根据二次处理水质的实际变化情况，控制臭氧的投加率，使得再处理污水质量能够得到保障[3]。

（三）其他领域的应用

臭氧做为强氧化剂，除了在给排水系统中得到广泛应用，在其他方面也能够得到有效利用。比如，在游泳池供水系统中，臭氧发生装置的安装，能够有效改善氯气再循环水消毒中带来的刺激性气味，提高服务质量。在处理工业循环水过程中，可能需要对其进行除臭。比如，液化气容器的试压用水排放乳液，含有硫醇臭味物质，这时可应用臭氧对其进行过酸化去除恶臭，不仅能够降低味道的刺激，同时也能够构建安全舒适的工作环境。在工业冷却水系统中，微生物的繁殖会对热交换器与配水管道产生影响，使得热交换率无法得到保障，引发管道腐蚀等问题。在冷却水系统中加入臭氧，不仅能够控制微生物的繁殖，减少各类危害的发生，同时也能够控制藻类的繁殖，起到有效的处理作用。

结束语：

综上所述，臭氧在给排水系统中的应用，能够有效降低水质污染等问题，起到除臭、杀菌等效果，联合活性炭吸附能够提高生活用水与污水处理质量。除了上述文中几个用途以外，臭氧在化工、纯净水、食品等产业用水系统中也较为常见，通过臭氧处理装置的安装，能够提高水质处理效果。

参考文献：

[1]黄南,李阳,吴乾元,王文龙,巫寅虎,贾振睿,刘佩春,胡洪营.臭氧高效催化氧化处理城市污水反渗透浓水[J].工业水处理,2021,41(12):56-59.

[2]陈彬,邵波.改性活性炭联合臭氧处理工业废水[J].江西化工,2021,37(6):69-74.

[3]冷守琴,黄飞.不同环境条件下臭氧水溶解性能的研究[J].广东化工,2021,48(16):256-257+282.

作者信息：邢国清，（1965.02-）,女，山东烟台人，青岛建筑工程学院本科学士毕业，山东城市建设职业学院副教授，主要研究方向给排水工程。