臭氧与紫外线的工程应用

1.1 臭氧与紫外线在污水中的深度处理技术

1.1.1臭氧氧化技术的复合处理工艺 （1） 生物活性炭（BAC）法

生物活性炭法是一种将臭氧氧化、活性炭吸附及生物处理相结合的工艺，原水经预臭氧化，可以将大分子有机物分解成小分子有机物，提高有机物的可生化性并提供充足的氧气，同时由于供氧充分，好气微生物在活性炭表面繁殖生长成生物膜，来降解吸附的小分子有机物。另外，由于炭粒比重小，在水、气同相流动的作用下处于微动状态，提供了臭氧进入炭孔隙中与被吸附的有机物相遇的机会。

（2） 臭氧一双氧水联合氧化（O3/H2O2）法

O3/H2O2法主要用于处理高浓度有机废水及含酚废水。O3与H2O2结合，其氧化能力不是简单的 加，H2O2可强化水中 基自由基（.OH）的产生，而.OH是水中氧化能力最强的氧化剂（氧化还原电位2.8）其氧化能力远强于O3。

（3） 光催化臭氧化（O3/UV）法

O3/UV法是目前应用较广泛的复合臭氧化工艺，主要用于解决难降解物质（如铁氰络盐）的处理及饮用及饮用水的处理问题，一般认为，光催化臭氧化的机理是，臭氧在水中首先光解产生H2O2，H2O2在紫外光的照射下产生.OH，进入水中.OH的反应循环。

用O3/UV法氧化酚及小分子有机物（C1-C6），其氧化速度远远超过单独使用UV或O3，且可以迅速氧化O3难以降解的多氯联苯、THM等物质，目前O3/UV法已被美国环保局（EPA）定为多氯联苯的最佳处理技术。

1.1.2城市污水处理厂紫外线消毒技术

目前，根据紫外灯管的类型，可将紫外污水消毒系统归结为：低压灯紫外系统、低压高强灯紫外系统和中压灯紫外系统。低压灯紫外线消毒系统的单支灯管的功率和紫外输出能都很低，其单支灯管的功率一般小于100 瓦，单支灯管的紫外能输出一般在30-60 瓦左右。因处理单位污水量所需要的紫外灯管数量多，所以该类系统适合用于小型的污水处理厂。

低压高强灯紫外线消毒系统的单支灯管的功率和紫外输出能都较高，单支灯管功率一般小于1000 瓦，单支灯管的紫外能的输出一般在100-500 瓦左右，因处理单位污水量所需要的紫

外灯管数量较少，所以该类系统适合用于中大型的污水处理厂。中压灯紫外线消毒系统的单支灯管的功率和紫外输出能都很高，单支灯管的功率一般都在1 千瓦以上，有的甚至达到几十个千瓦。单支灯管的紫外能的输出一般在400瓦以上，因处理单位污水量所需要的紫外灯 管数量很少，且灯管输出的紫外光强度很大，所以该类系统适合用于超大型的污水处理厂和低质污水处理厂。

1.1.3 江苏省昆山市泾河污水处理水厂

昆山泾河水厂的生产能力为m³/d，前臭氧的设计投加量为1mg/l，主臭氧的设计投加量为2mg/l，最大臭氧需求量为75kg/h。 ITT WEDECO 提供四台单机产量为20kg/h的臭氧发生器及配套的前臭氧和主臭氧投加系统，并负责安装和调试。

泾河水厂深度处理工艺自2007 年1 月29 日运行，2月23 日开始正常运行。投加量从1.6mg/L到2.0mg/L不等，投加量控制主要是将炭池进水余臭氧浓度控制在0.02mg/L左右。砂滤池出水经臭氧活性炭后COD 去除率明显上升，该工艺对COD 的去除有一定的优势。另外，随着时间的推移（天气转暖，温度升高），活性炭去除氨氮的优势也渐渐显现。水中加入的臭氧分解为氧气后，增加了水中溶解氧的浓度。主臭氧的出水溶解氧首先明显上升，随后逐步下降。

深度处理工艺刚刚起步，O3-BAC 工艺对NH3-N、CODMn 的去除效果还没有完全显现，目前NH3-N 去除率与常规处理相比较平均可提高27.9%，去除率最高可达77.2%，且去除效果随着气温的上升呈现提高的趋势；CODMn 去除率与常规处理相比较平均可提高32.8%，去除率最 高可达74.6%，出水≤3.0mg/L，已达到卫生部规范和建设部标准的要求；经过臭氧活性炭处理后，出水色度、嗅和味等感官指标也有大幅度的改善，嗅味基本没有，口感明显改善。

1.2 臭氧与紫外线在给水中的消毒技术

1.2.1 紫外/臭氧组合工艺（UV/O3）

紫外/臭氧组合工艺（UV/O3）是将臭氧（O3）和紫外（UV）相结合的一种高级氧化技术。该组合工艺具有强氧化性，不需要加入任何催化剂，已经被证明可以用于水中有机污染物的去除，微生物的灭活等。目前已经在水处理行业被广泛研究，并有可能实现广泛应用。

目前国外许多水厂已经开始将紫外及其组合工艺应用到给水处理系统中，其中以欧洲和北美居多。由于自然环境及原水水质的差异， 国内这方面的研究基本处于实验室水平，部分地区已有条件进行中试和小范围的应用，但目前国内尚无大规模的工程实例。

UV/O3臭氧工艺的在水处理方面的效果显著，但现有的UV/O3工艺复杂，初期投资及后续运行费用很高。特别是对于小型净水装置，除光辐射源外，还需配备臭氧发生器，设备复杂，造

价偏高，因而应用上受到一定程度限制。另外，国产紫外线灯强度小、寿命短，缺乏自动清洗装置；微生物方面缺乏单类菌种的灭活经验，光复活研究条件不够，都是需要进一步改进的地方。

1.2.2 天津市开发区泰达自来水厂

天津开发区净水厂地处天津滨海新区，总设计产水能力32.5万m³/d，先后分为一、二、三期建成。其中三期水厂于2009年7月底刚刚建成通水，设计产水能力为15万m³/d，是天津滨海新区内第一座严格按照国家《生活饮用水卫生标准》（GB5729.2006）要求建成的新水厂。该水厂采用的处理工艺主要有“预臭氧＋机械混合＋上向流炭吸附反应脉冲澄清池＋Ｖ型滤池＋紫外线联合氯消毒”工艺，其中紫外线联合氯消毒技术为在国内城市供水的净水厂工程建设中首次应用。

预臭氧技术对低温低浊水具有一定得助凝效果。研究表明，投加0.5mg/L臭氧时，沉后水的各项指标就有明显的改善。在臭氧投加量为3mg/L、接触氧化时间为15min时，沉后出水的高锰酸盐指数、浊度、色度分别降低了18.4%、95.9%和81.9%，较好的改善了水质。

净水厂三期工程设计产水水质在满足国家《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）的基础上，要求浊度≤0.3NTU，有机物CODMn≤2mg/L,色度＜5。到目前为止，处理后的水质全分析除满足国家水质标准外，出水浊度在0.1-0.3NTU，有机物CODMn低到2mg/L以下，色度一直稳定在＜5度，这几项指标优于国家标准。

1.3 管道直饮水与臭氧、紫外线消毒技术的结合

1.3.1 佛山市丽景花园直饮水工程

丽景花园是佛山市一座新建的高尚住宅小区。一期管道直饮水工程涉及建筑面积56000㎡ , 约500 户。直饮水工程由建设单位投资, 佛山市供水总公司负责施工和运营管理, 采用PLC 自动监控运行。直饮水工艺流程如图1。

O3-BA C法是目前世界上公认的去除饮用水中有机污染物最为有效的深度处理方法之一。该工艺是在活性炭吸附的基础上发展起来的, 综合了臭氧、活性炭两者的优点。若单独使用臭氧, 成本高, 且水中可生物同化有机碳( AOC) 增加, 导致水的生物稳定性变差 ; 单独使用活性炭, 其吸附及微生物降解协同作用效果减弱, 吸附的饱和周期缩短, 为保持水质目标, 必须经常再生。臭氧-活性炭联用工艺则有效地克服了以上两者单独采用的局限性, 又充分发挥了两者的优点, 使水质处理效果大为改善。

1.3.2神东煤炭集团生活小区直饮水应用

直饮水处理站位于神东煤炭集团李家畔生态园小区内换热站的东侧，处理能力为48 ITI ／h。净水设备每天工作时间按照16 h考虑，变频供水设备24h连续运行。采用“臭氧消毒+机械过

滤+活性炭过滤+纳滤+消毒”的水处理工艺，进水引自李家畔现有自来水管网供水，水源来自考考赖水厂。出水水质达到建设部《饮用净水水质标准》(cJ94—2005)。管道直饮水处理站工艺流程如图2。

1.3.3 上海世博园直饮水应用实例

上海世博园区直饮水采用了世界领先的“活性炭+PVC 合金超滤膜+ 紫外线”处理工艺，超滤膜和直饮台均由国内著名膜企———立昇企业提供。

结合紫外线的灭活原理，即当微生物内的DNA和RNA 吸收了足够的紫外能量后，其内部的核酸链（嘧啶）被打断并重新排列形成胸腺嘧啶二聚体，阻止了DNA、RNA 的复制，而使微生物失去活性无法进行自身的复制再生原理。使该技术细菌去除率达到 99.9999%，病毒去除率达到99.99%，水资源利用率达99%，水质卫生标准优于欧盟标准。

2 国外臭氧与紫外线的应用及技术参数

2.1 国外臭氧与紫外线技术应用概况

2.1.1 欧洲水厂应用 （1）德国慕尼黑多奈水厂

德国慕尼黑多奈水厂水源为莱茵河地表水, 多年来一直延用折点氯化法预处理, 但是出水中总有机氯化物和三卤甲烷含量较高。改造后工艺流程如图所示, 采用臭氧预氧化取代折点投氯, 预投量为1. 0 mg /L, 过滤前再进行一次臭氧氧化, 投量为2. 0 mg /L, 接触时间为5m in。只用臭氧做氧化剂时不产生有机氯化物,DOC 比原工艺减少50% , 对NH3 - N 去除效果好,可稳定18个月以上。活性炭滤池滤速为18 m /h。活性炭再生周期从原来2~ 4个月延长到2年以上。图3为该水厂工艺流程图。

（2）法国巴黎市Choisy-Le-Rei水厂

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法国巴黎市Choisy-Le-Rei水厂原水为塞纳河水, 供水能力为80×10m³/d, 不仅建有生物滤池, 而且在沉淀和BAC 工序前设有臭氧投加工序, 以求最大限度地减少水中有机物含量。图4为该水厂工艺流程图。

2.2 国外臭氧与紫外线技术发展历史

在欧美等发达地区和国家都爆发过由于饮用水中的贾第虫和隐孢子虫引起的供水安全事件，1993年美国Milwaukee市由于供水中存在的隐孢子虫导致致少25万人感染。事后的事故调查表明这些水厂的工艺在事故发生时都在正常运行，导致供水安全事故的原因就是氯消毒对这些病原体的控制是低效或者无效的。

1998年，美国的几家科研单位的研究表明紫外线对贾第虫和隐孢子虫有很好的控制作用，而且在所有消毒方法中是最经济有效的。研究发现，氯消毒不能有效杀灭隐孢子虫卵囊，紫外线对隐孢子虫卵囊有很好的灭活效果，而且在常规消毒剂量范围内不产生有害副产物。因此，紫外线消毒技术在欧美等发达国家的应用越来越广泛，尤其是在近几年应用规模和数量增加十分迅速，如美国西雅图水厂（68万m³/d）、荷兰鹿特丹水厂（47万m³/d）、加拿大维多利亚水厂（58万m³/d）、纽约的Catskil/Delware水厂（832万m³/d）等大型水厂都采用了紫外线消毒技术

3总结

3.1