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城市饮用水的臭氧消毒
摘要：对臭氧进行饮用水处理中的相关问题进行了分别探讨。通过对饮用水的一般水质要求，本文简述了臭氧的性质以及自来水的臭氧消毒工艺，臭氧进行饮用水处理的技术原理以及臭氧消毒的一般工艺的阐述，证明了臭氧法处理饮用水的可行性和实用性。
关键字：饮用水 水处理 臭氧氧化 消毒
我国自来水处理工艺90%以上仍采用20世纪初形成的混凝、沉淀、过滤和加氯消毒的常规工艺.这种工艺是建立在有合格水源的基础上，以去除浊度和细菌为主要目标，对有物尤其是溶解性有机物的去除能力很低(20%一30％ ) . 2000年，我国7大重点流域地表水普遍存在有机污染，各流域干流仅有57. 7%的断而满足我国供水水源ш类水质的标准;新的病原微生物隐抱子虫微抱子虫尺寸小(1- 5 1-lm)，很难用常规过滤技术去除，而且对加氯消毒有很强的抗性;含有机污染物的水经加氯消毒后还会产生有机卤化物等“三致”物质.供水水质的下降严重危害健康，己引起供水行业和居民的极大关注.
1.水深度净化的目的与对策
改善饮用水水质有两条途径:一是控制污水的排放量及提高污水处理率，保护饮用水源，一是强化处理工艺对受污染水源进行深度处理.经过深度净化后的饮用水应去除三卤甲烷等有机污染物，不危害健康;去除病原菌和病毒，不引起传染性疾病;硬度和矿质元素含量适当，有益健康，我国不宜将深度净化工艺设于自来水厂，因为要在所有水厂加设深度处理工艺，改造和运行费用相当可观.如加设臭氧活性炭工艺会使自来水厂的基建费用增加50％，且市政供水中只有2%用于生活饮用，其余为工业和消防等用水，全而提高市政供水水质是不经济的.再者，我国中小城市陈旧的铸铁供水管网和一次供水设施也会对深度处理的出厂水造成一次污染.在小区设置集中净化装置供给管道直饮水具有良好的经济性，取用便利，卫生可靠，己在哈尔滨、上海和深圳等地推广应用.广州市政府明文规定新建小区和公共场所必须配套分质供水系统,我国目前的分质供水方式是在厨房设置一根深度净化水管，供给烹饪和饮用水.其余生活用水仍使用市政自来水.但水中有害化学物质通过消化系统进入人体不是最主要的途径，通过皮肤和呼吸也能摄入.研究表明当用含二氯苯乙烷的水淋浴时，通过呼吸吸入的化学物质比口腔进入的要多6- 80倍.只在水龙头上安一个水过滤器还不足以保证人体免受水中有害化学物质的损害.因此分质供水时应在卫生间也留一个深度净化水的供水管，使有经济条件的家庭在淋浴时也能使用保证健康的水.
2臭氧在饮用水处理中的作用及机理
2．1微污染水特点
随着工业的发展，水体中增加了种类繁多的有机毒物，其中的有机污染物可分为两类:天然有机物，和人工合成有机物。天然有机物是指动植物在自然循环过程中经腐烂分解所产生的物质，主要有腐质酸等。水中大分子天然有机物不仅是造成色度,异臭味，配水管腐蚀和沉淀物的原因物质，也是目前常规氯化消毒副产物的前体物。而人工合成的有机物大多为有毒有机污染物，其中包括“三致”有机污染物。它们具有以下特点:难于降解，在环境中有一定的残留水平，具有生物富集性和“三致”作用。相对于水体中的人然有机物，它们种类多，在水环境中存在很小的数量就可产生有害影响，对公众的危害史大。检出的多环芳烃、卤代烃、呋喃类等物质是最难降解的“持久性有机污染物”。常规的混凝、沉淀、过滤和投氯消毒工艺以去除水中浊度、悬浮物胶体、色度和病原菌等为目的，而它对水中有机物尤其是溶解性有机物不能有效地去除，水中的大分子物质如腐殖质、蛋白质和多糖等在水中易形成分子聚集体，有较好的稳定性。臭氧氧化法与常规水处理方法比较，具有显著的特点，如对于生物难降解物质氧化能力强、分解速度快、占地而积小、自动化程度高、无一次污染、浮渣和污泥产生量较少，同时具有杀菌、脱色、防垢等作用。
2．2臭氧的氧化消毒机理
臭氧在水处理中的作用是从利用它的消毒作用开始的，目前臭氧仍是加药消毒法中最有效的消毒剂。臭氧的杀菌作用比氯快15- 30倍，在灭活病毒方而，由于臭氧的高氧化电位容易通过微生物细胞膜扩散，所以臭氧能氧化微生物细胞的有机物或破坏有机体链状结构而泞致细胞死亡。从而臭氧对过滤性或其他病毒、芽抱等，具有强大的杀伤力，而氯对病毒作用很小或不起作用。用臭氧消毒时对细菌的灭活率都在95%以上，所以经臭氧消毒过的水，其中的病毒实际上己完全失去了活力在水处理中，较传统的氯消毒方法，臭氧消毒还有如下优点:①消毒的同时可改善水的性质,较少产生附加的化学物质污染。②不会产生如氯酚那样的臭味。③产生二卤甲烷等氯消毒的消毒副产物。④氧可就地制造，为了获得它只需要电但臭氧作为消毒剂是有选择性的，绿霉菌、青霉菌之类对臭氧具有抗药性，需较长时间才能将其杀死。单独使用臭氧作为杀菌剂时，山于臭氧在较短时间内分解掉，残留效果小，甚至会出现细菌回升现象，为了改善这种状况，可以考虑辅助加氯。臭氧消毒也是各种消毒工艺中费用较高的一.
由于臭氧的强氧化能力，臭氧的氧化作用是破坏有机物的分子结构，可将一部分有机物彻底分解，同时可将大分子的、细菌不易利用的有机物，生成小分子的、细菌易氧化分解的有机物，降低了有机物的分子量，改变了有机物的性质，提高其可生化险。原水经过臭氧氧化后，分子量在l 000-3 000的有机物含量增加了13.5％，分子量在104 5的有机物增加9.7％，但其它区间的有机物含量都减少了，尤以分子量大于1 }5的有机物含量减少得最多。溶于水中的臭氧可氧化、分解从而有效去除水中的有毒物质，如有机毒物、氰化物以及敌敌畏:氧化乐果等农药。同时臭氧用于水消毒可以大大降低自来水中卤代烃等有机致癌物。尽管臭氧的氧化能力很强，但主要是选择性地与水中有机污染物作用，破坏其不饱和键，导致有机物极性增加，可生化性提高，对总有机碳的影响很小。臭氧氧化很难将水中的有机污染物彻底无机化，主要以中间产物的形式存在于水中 .
臭氧与水中污染物的反应极为复杂，主要通过两条途径，即臭氧的直接反应和臭氧分解产生的羟基自由HO• ( E0= 2. 8V)的间接反应。两者比较，直接反应有选择性，速度慢;间接反应无择性、电位高、反应能力强、速度快，可引发链反应，使许多有几物彻底降解。
直接反应(D反应):污染物+03→产物或中间物
间接反应(R反应):污染物+HO•→产物或中间物
因此在处理水时应注意控制臭氧反应途径，提高臭氧的有效利用率。有机物与臭氧的反应有以下几种形式:
03+有机物1→产物(直接反应)
03+有机物2→产物(瞬间反应)
OH•+有机物3→02+产物(促进反应)。
OH•+有机物4 →产物(消除反应)
臭氧在饮用水中(pH值在7左右)的分解可分
为以下的步骤:
03+ H20→02+ 20H•
03+ OH•→02+ H02•
03+ H02•→202+ OH•
OH•+OH•→H2O2•
0H•+OH•→H20+ 1/202•
3臭氧在饮用水处理中的应用
臭氧氧化能力强，用于消毒杀菌杀伤力大，速度快;臭氧可氧化溶解性铁或锰，形成高价沉淀物，使之易于去除;可将氰化物、酚等有毒有害物质氧化为无害物质;可氧化致嗅和致色物质，从而减少嗅味，降低色度;可将生物难分解的大分子有机物氧化分解为中小分子有机物，使之易于生物降解;使用臭氧预处理，还可以起到微絮凝作用，提高出水水质;应用臭氧，不会在处理过程中产生有害的“三致”物质。饮用水处理中臭氧的投加方式包括预氧化、中间氧化和最后消毒。臭氧的预氧化可去除水中的无机物色度、浊度、悬浮固体、异臭和味，可部分分解有机物并灭活微生物，从而提高混凝一絮凝一沉淀效果。中间氧化主要是分解有毒微污染物，去除二氯甲烷前体物，并提高有机污染物的可生化降解性。臭氧消毒可灭活水中所有残留的微生物，并使消毒产生的副产物减到最少。
3.1臭氧的其它作用
臭氧预氧化能够进一步提高常规给水处理的除藻效果，臭氧是强氧化剂，可以致死藻类或限制它们的生长，对动物性浮游生物的灭活效果好。臭氧氧化可提高后续絮凝、过滤对藻类的去除效果，减少絮凝剂的用量，有一定的助凝作用。臭氧同时具有除色作用，通过与不饱和官能团反应、破坏碳碳双键而去除真色，去除程度取决于臭氧投加量和接触条件;臭氧的微絮凝效应还有助于有机胶体和颗粒物的混凝,常规处理可使东江原水色度从68度(均值)降到滤后水的1- 3度，而投加ρ(03)为0. 5一1.Omg/L进行预臭氧化和投加1. 5 mg/ L的ρ(03)进行主臭氧化后，滤后水基木无色。
3结论
预臭氧化技术可用于脱色除臭、控制氯化消毒副产物、去除藻类和藻毒素、助凝和助滤、初步去除或转化污染物等，但臭氧化学性质的不稳定性使其对水质的改善程度取决于原水水质和臭氧化条件。预臭氧化过程中会产生一定的醛类、溴酸盐等有害副产物，使不能生物降解的有机化合物，如富里酸、腐殖酸变得容易降解，为细菌生长提供营养基质，为后续生物处理环节提供了条件。臭氧预处理技术宜结合具体水质和经济条件统筹决定是否采用，臭氧投加量可根据具体水质净化目标，臭氧与过氧化氢联用等高级氧化技术以及臭氧化与后续处理环节的优化值得进一步研究。
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发表于 2008-1-2 00:39:34
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