理解臭氧及其在水处理中的作用

全球的水处理设施面临着越来越大的压力,需要遵守日益严格的管理标准。传统的消毒方法虽然有效,但往往带来次要挑战,如副产品和化学残留物的消毒。 臭氧化,使用臭氧气处理水的过程(O3),已经成为一种直接解决这些问题的强大和多用途的解决办法。 通过利用臭氧的强烈氧化性,设施可以实现高水平的消毒,同时减少有害副产品的形成,改善整体水质。本条全面探讨了从过程背后的化学到实际执行战略,如何通过臭氧的化学作用,使设施达到严格的管理标准。

臭氧氧化背后的科学

臭氧是一种不稳定的分子,由三个氧原子组成,它被引入水中后会迅速分解,释放出一个具有高度反应性的单氧原子,攻击污染物。这种氧化过程可以分解多种物质:细菌、病毒、原硫化物、有机化合物(包括杀虫剂和药品),甚至味道和味觉的致病剂。 与氯不同,臭氧依赖扩散到细胞中,它直接破坏细胞壁和病毒盖,使其能有效对抗耐氯的病原,如[、、[Giardia。臭氧分解的副产物只是氧气,在经过处理的水中不会留下残留化学物质,除非在下游添加消毒剂残留物。

臭氧生成方法

臭氧是利用冕气排放(CD)或紫外线辐射方法在现场产生的. Corona排放是市级系统中最常见的:干燥空气或纯氧通过高压电场,分离氧分子(O2),允许原子重新汇入O3. 紫外线臭氧产生器通常用于需要较低臭氧浓度的较小流量或应用. 生成方法的选择影响到资本成本,能源效率和臭氧浓度,所有这些都影响到处理系统的设计.

臭氧评估对遵守监管的主要好处

高级消毒和病原体控制

美国环境保护局(环保局)等监管机构根据《安全饮水法》等规则制定了严格的微生物标准,臭氧被归类为主要消毒剂,可以在比氯或氯胺酮短得多的接触时间中实现许多病原体的99.99%(4-log)的无活性,例如环保局的]长期2期增强表面水处理规则[[FLT:ESWTR]要求地表水系统中对氯丙二苯[进行额外处理。臭氧是经核准的处理技术之一,能够满足这些氯丙二苯的活性要求,从而减少多重处理障碍的需要。

减少副产品(DBPs)

氯基消毒与天然有机物在水中反应,形成三卤甲烷和卤酸二酯等二溴代苯,环保局的第一阶段和第二阶段副产品消毒规则为这些化合物规定了最大污染物水平,臭氧本身不产生三溴代二苯或二氯代二苯,此外,在氯化之前,吞噬可以分解NOM前体,从而降低二溴代二苯在下游工艺中形成的潜力,对生水进行预氧化后,总的三溴代二苯浓度往往会降低30%至50%,有助于这些化合物保持在监管限度内,同时保持有效的消毒。

提高美学质量.

虽然大多数卫生条例没有直接规定,但审美参数(味觉、味觉、颜色)影响公众的认知和遵守二级标准. 臭氧有效地氧化了地球素和2-甲基异苯醇等化合物——土/肌肉味和气味的常见原因,还通过氧化去除铁和锰,提高水的清晰度,这些好处减少了消费者的抱怨,并向监管机构展示了积极主动的质量管理。

以臭氧导航弦水质量条例

遵守环保局的LT2ESWTR和其他微生物规则

LT2ESWTR要求对具有高风险的系统克里普托斯珀里 ⁇ []进行额外处理. 臭氧系统的设计可以实现基于臭氧剂量和接触时间(CT)的特定日志激活信用值. EPA提供了经批准的CT表格,用于臭氧激活克里普托斯珀里 ⁇ [,Giardia[,以及病毒. 通过精心设计接触室和监测剩余臭氧,设施可以可靠地满足这些信用值. 臭氧还很好地与紫外线(UV)消毒结合了多阻的方法.

符合铅和铜规则及其他化学品标准

尽管臭氧不会直接去除铅或铜,但它可以提高随后处理步骤的性能. 臭氧氧化铁和锰,防止它们引起可能藏匿金属的脱色和规模,此外,通过减少有机物质,臭氧可提高凝固和过滤过程的有效性,从而降低各种受管制污染物的浓度. 试图降低有机碳总量以满足增强凝固要求的设施可能会发现臭氧是一种有效的预处理.

与现有治疗列车的整合

臭氧在各种地点都适用:预热(凝固前)、中间氧化(沉积或过滤后)或作为最后消毒步骤。 许多工厂将臭氧改造成现有的常规处理系统,而基础设施没有重大变化。 臭氧分解设备通常只需要一个小脚印:氧气生成器(如果使用纯氧)、臭氧生成器、接触室和废气装置。 这为各种规模的工厂提供了可行的升级。

执行方面的挑战和考虑

臭氧接触时间和转让效率

有效消毒取决于向水中充分转移臭氧和充足的接触时间,接触室的设计旨在最大限度地扩大大规模转移,同时保持插头流条件,防止短路。 巴夫尔设计、深度和流量率至关重要。 转移不良会导致臭氧气外升高和能源消耗增加。 设施还必须考虑到有机物质和其他可氧化物种对臭氧的需求,这些物种的消耗量会因季节而异。 定期性能监测和臭氧残留量测量至关重要。

能源消耗和业务费用

与氯化相比,臭氧消耗是能源密集型的,主要原因是臭氧产生和氧气生产,然而,发电机效率的提高和使用纯氧饲料降低了能源消耗,许多公用事业机构发现,降低化学成本(氯、凝固剂)和遵守DBP带来的节余超过了能源开支,此外,缺乏化学储存和处理要求降低了安全和监管负担,应当进行生命周期成本分析,以确定每个设施的经济可行性。

臭氧处理安全议定书

臭氧是一种有毒气体,必须小心处理,职业接触限值由OSHA(0.1ppm for 8-hour TWA)规定,适当的通风、臭氧泄漏探测器、自动关闭阀以及个人防护设备是强制性的,臭氧破坏装置在释放前将气体转换为氧气,工作人员关于臭氧安全的培训是不可谈判的,许多监管机构要求使用臭氧的设施制定详细的安全计划,但这些计划是标准性的,由有经验的设计工程师管理。

未来展望:臭氧和演变标准

高级氧化过程(AOPs) 臭氧结合

为了处理诸如PFAS(环氟烷基物质和多氟烷基物质)、药品和干扰内分泌的化合物等新出现的污染物,臭氧与过氧化氢相结合的先进氧化过程(AOPs)(O3]/H2]2][O2]或紫外线正在增强牵引力,这些过程产生羟基,甚至比臭氧本身更具反应力。世界卫生组织[强调了AOPs处理微污染物的潜力。随着这些化合物的条例开始,基于振荡的AOPs将变得日益宝贵。

新兴污染物臭氧

若干国家正在执行全氟烷烃监测和处理要求,环保局已经提出了全氟烷烃和全氟辛烷磺酸的饮用水标准,虽然臭氧本身不能使全氟烷烃完全矿化,但可以改变某些化合物,提高随后处理的效率(例如颗粒活性碳或离子交换),正在研究全氟烷烃的臭氧和臭氧基AOP,在一些短链全氟烷烃中,打破碳氟键的早期结果有望得到,未来全氟烷烃管制的设施规划应考虑臭氧作为多技术方法的一部分。

结论

臭氧消耗是一种经过证明的可靠技术,直接支持遵守严格的水质条例。 其抑制抗药性病原体、尽量减少副产品消毒和提高美学质量的能力使其成为现代水处理的基石。 实施需要认真规划能源使用、安全和系统设计,但降低化学需求、降低DBP水平和加强公共卫生保护的好处是巨大的。 随着监管框架的扩大,覆盖新出现的污染物、盐溶和先进的氧化过程,将在确保社区安全、清洁的水方面起到更大的作用。 评估升级或新系统的水处理专业人员应仔细研究臭氧如何能帮助实现当前和未来的管理目标。

外部参考文献:]