臭氧水處理在飲用水中的應(yīng)用歷史

作為飲用水處理系統(tǒng)的一部分，臭氧具有許多優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)勢使得臭氧發(fā)生器在飲用水廠中的使用顯著增長。

 

臭氧用作殺菌劑的最早試驗(yàn)是1886年由梅利坦斯（Meritens）在法國進(jìn)行的。他指出即使在稀薄的臭氧化空氣也能使污染水達(dá)到滅菌效果。幾年之后，菲羅里克（Frolich）根據(jù)他在馬提尼坎菲爾得（Martinikenfeld）建設(shè)的半生產(chǎn)性試驗(yàn)廠進(jìn)行了臭氧殺菌特性試驗(yàn)。此后阿姆斯特丹的巴倫·亨利·廷德爾（Baron Henry Tindal）開發(fā)了一項(xiàng)臭氧消毒工藝。它裝有范·德·斯勒恩（Van Der Sleen）和施內(nèi)勒爾（Schneller）發(fā)明的非介電臭氧發(fā)生器，每小時可產(chǎn)生臭氧約10g。從發(fā)生器出來的臭氧氣經(jīng)加壓后供入一座高大的鼓泡塔，塔內(nèi)每隔一定高度裝有穿孔板。1893年廷德爾研制的這套消毒裝置，在荷蘭靠近萊登（Leiden）的奧茨胡恩（Owdshoorn）首次投入運(yùn)行，每小時水流量為3m3。后來，這項(xiàng)工藝于1896年在巴黎舉行的衛(wèi)生展覽會以及1897年舉行的布魯塞爾國際博覽會上公開展出。

 

1902~1903年德國西門斯-哈爾克斯商行在德國的帕得勃恩（Padeborn）（60m3/h）和威斯巴登（Wiesbeden）（250m3/h），建設(shè)了他們的第一批具有生產(chǎn)規(guī)模的水處理廠。在這些處理廠，礦泉水先經(jīng)過裝有細(xì)小卵石的初濾池預(yù)處理。礦泉水吸收臭氧的過程，是在用碎燧石作填料的填料塔內(nèi)進(jìn)行的，顯然這些塔對臭氧的吸收并不是很有效的。這種方法所加臭氧的一大部分仍然留在尾氣中，另外氫氧化鐵Fe（OH）3粘著在燧石上易堵塞氣水通道，但這種填料塔出水每毫升細(xì)菌數(shù)為2~9個，令人滿意。

 

1898年，奧托（Otto）等在法國的里爾（Lille）試驗(yàn)了一種新型的板式臭氧發(fā)生器，在法國尼斯（Nice）市建起的一座較大的臭氧處理水廠成功運(yùn)行，每分鐘處理13m3水。它采用了當(dāng)時新型的奧托板式臭氧發(fā)生器和一種用于臭氧同水混合的吸引噴射器。1906年在尼斯建成的這座邦·沃亞格（Bon Voyage）水廠，由于在飲水臭氧處理方面，保持連續(xù)運(yùn)行的世界紀(jì)錄，常被看做是“飲水臭氧化處理的誕生地”。該廠從1906年一直運(yùn)行至1970年，隨著尼斯市及其郊區(qū)的發(fā)展，在其他地點(diǎn)又建成了另兩座用臭氧處理的自來水廠。老水廠關(guān)閉了，但邦·沃亞格水廠建筑物被保留下來作為尼斯市的一座博物館。

 

自尼斯邦·沃亞格水廠1906年投入運(yùn)行后，一些國家相繼出現(xiàn)了一批采用臭氧消毒的生產(chǎn)性水處理廠。截至1977年，已知至少有1036座應(yīng)用臭氧處理的水廠（表1-1），其中半數(shù)以上坐落在法國。

美國于1900~1905年間在費(fèi)城建起了第一座臭氧處理水廠，最大的一座能處理取自斯庫爾基爾（Schuylkill）河并經(jīng)粗濾后的水3.1m3/min。沃斯麥伊爾首次采用直徑30.5cm，長45.7cm的玻璃短管裝成的接觸塔，在各節(jié)之間裝有穿孔板，柱總高為10m。當(dāng)水和臭氧自塔底同向流入時，每層穿孔板下面氣液層分離。由于這些穿孔板實(shí)際上阻礙著臭氧向水中傳遞，于是他將穿孔板拆掉并開始自塔頂供水，臭氧向上流動，與水流方向相反，采用這種方法，臭氧的溶解度更高。此后，于1905年又建起了直徑為61cm和91.5cm的大容量的鋼接觸塔。結(jié)果表明處理后水中的細(xì)菌去除率為99.985%~99.998%。臭氧投加量大約為2.292×104mol/L（11mg/L），進(jìn)氣中僅含極低濃度的臭氧2.708×105molL（1.3mg/L）。此外原水中有機(jī)物含量為（3.021~2.229）×10-4mol/

L（14.5~10.7mg/L）。在臭氧化過程中，這些有機(jī)物減少了40%，色度去除率為77%，亞硝酸鹽類去除率為79.5%，類蛋白氨去除率為11.9%。

 

美國陸軍部軍醫(yī)署長年度報(bào)告紀(jì)錄了美國致力于改善軍隊(duì)給水的成果，1909年利用安裝在軍事醫(yī)學(xué)博物館的試驗(yàn)設(shè)備，研究了臭氧在尼亞加拉要塞（Fost Niagara，Ny）的應(yīng)用。

 

在使用臭氧水處理的飲用水（飲用水）工廠中，已經(jīng)證明了以下應(yīng)用和優(yōu)勢：

味道和氣味去除（減少）

高效的鐵和錳去除

去除顏色

在廣泛的溫度和pH范圍內(nèi)進(jìn)行高效消毒

在短暫的接觸期內(nèi)破壞細(xì)菌，病毒，孢子，賈第蟲和隱孢子蟲。

減少產(chǎn)品（DBP）消毒的形成，如TTHM和HAA5

不需要現(xiàn)場存儲其他化學(xué)品以及相關(guān)的危害和成本。

隨著BOD和COD的降低，氧化有機(jī)雜質(zhì)

去除硫化氫

臭氧化可將絮凝或浮選所需的化學(xué)品減少20-50％，同時由于微絮凝效應(yīng)而改善過濾性能

通過增強(qiáng)生物活性過濾器中的好氧消化來降低濁度和溶解的有機(jī)碳

去除表面和地下水中的合成微污染物。