臭氧在城市污水處理方面的應(yīng)用歷史

 

在城市污水處理方面，主要用臭氧消毒，降低生化需氧量（BOD）和化學(xué)需氧量（COD）濃度、氨的氧化以及色、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和懸浮固體的去除。20世紀(jì)70年代以來(lái)，大多數(shù)污水臭氧消毒工作已在美國(guó)首先采用，同一時(shí)期，日本也進(jìn)行了相當(dāng)數(shù)量的研究，特別是日本缺水地區(qū)，致力于把處理后污水出流水，重新用于非飲用水的目的方面。法國(guó)和德國(guó)將其用于城市污水處理，以色列進(jìn)行了污水回灌前用BAC工藝處理的研究。在南非，臭氧處理應(yīng)用表明，延長(zhǎng)從污水中去除溶解有機(jī)物以后，作飲用回用的GAC塔的連續(xù)操作時(shí)間，是提高投資效率的有效方法。下面將對(duì)以上進(jìn)展及其研究做簡(jiǎn)要介紹。

 

1、美國(guó)

1956年，阿摩爾研究基金會(huì)（Armour Research Foundation）研究臭氧用于污水中所含致病微生物的消毒，他們發(fā)現(xiàn)，炭疸桿菌（Bacillas anthracis）、肉毒梭狀芽孢桿菌病毒素（Clostridium bo-tulium toxin）、流感病毒（inflenza virus）和尼日利亞變型枯草桿菌（Bacillus subtilis var Niger），通過(guò)吸收（2.083~4.167）×10-³mol/L（100~200mg/L）的臭氧完全被去除。

1972年，聯(lián)合碳化物公司（Union Carbide corporation）用臭氧消毒和高純氧活性污泥綜合治理城市污水，它將澄清后的污水與上升的含臭氧氧氣氣泡相反向下流，經(jīng)一座垂直塔盤式接觸池。在一次試驗(yàn)中，1.667×10-4mol/L（8mg/L）臭氧在氧氣中的含量為2.28%（體積）的投加量，大腸菌群數(shù)從42000個(gè)/100ml降低到45個(gè)/100ml。

此工藝有多種優(yōu)點(diǎn)：
①消毒階段氧氣需要量約等于，所研究的澄清出水活性污泥處理氧需要量（澄清出水含BOD510.5mg/L，COD31mg/L），從臭氧接觸池排出的尾氣可用于這一目的；
②同空氣氣源相比，當(dāng)用純氧時(shí)，臭氧發(fā)生器每單位供電電能大約能多產(chǎn)兩倍的臭氧，可以安裝比較小的臭氧發(fā)生裝置；
③所產(chǎn)生的氧氣是干燥的，省去空氣預(yù)處理設(shè)備的需要，可省去投資費(fèi)的25%~30%。

現(xiàn)在，美國(guó)包括臭氧消毒在內(nèi)正在運(yùn)行的污水處理廠有50多座。其中規(guī)模較大是1982年初印第安娜波利斯市啟用的兩座污水處理廠，一座日處理47.3萬(wàn)m3，另一座日處理45.5萬(wàn)m3，兩廠均采用臭氧消毒純氧活性污泥法。
 

在美國(guó)，污水消毒通常規(guī)定糞便大腸桿菌達(dá)到200個(gè)/100ml以下的目的。這種消毒水平，一般在生物處理并過(guò)濾后的污水中，以（0.8333~1.667）×10-4mol/L（4~8mg/L）的臭氧吸收量便可達(dá)到。然而，如果污水中含有大量耗臭氧的工業(yè)廢水，為達(dá)到這種消毒水平所需臭氧劑量，必須上升到3.125×10-4mol/L（15mg/L）以上。
 

為將處理后的污水排放到供人消費(fèi)、娛樂(lè)或水產(chǎn)養(yǎng)殖的場(chǎng)所，加利福尼亞州制定了大腸桿菌總數(shù)2.2個(gè)/100ml的嚴(yán)格的消毒水平。其處理方法是過(guò)濾后的二級(jí)處理出水和淹沒(méi)式渦輪接觸器，（7.292~8.333）×104mol/L（35~40mg/L）臭氧吸收量，可以達(dá)到總大腸菌數(shù)2.2個(gè)/100ml的目標(biāo)。然而采用過(guò)濾并硝化后的二級(jí)處理出水，僅用（3.125~4.167）×10mol/L（15~20mg/L）的臭氧吸收量就可以達(dá)到此標(biāo)值。這同美國(guó)其他大部分地區(qū)，為達(dá)到糞便大腸菌200個(gè)/100ml以下的消毒目標(biāo)需要（0.8333~1.667）×10*mol/L（4~8mg/L）的臭氧吸收量相比，是比較理想的。

 

2、日本
1973年，日本進(jìn)行了有關(guān)城市污水回用應(yīng)有的處理研究。用臭氧氧化二價(jià)錳化合物以生成不溶性MnO2，氰化物、氨、氨基酸、酒精及烷基苯酸（ABS）樹脂的氧化，以及病毒滅活。污水經(jīng)生物處理，再用硫酸鋁凝聚，快速砂濾，臭氧化，然后粒狀活性炭吸附的成功處理，發(fā)現(xiàn)可生產(chǎn)出符合世界衛(wèi)生組織飲水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的水。此外，發(fā)現(xiàn)臭氧處理還能從處理過(guò)的污水中除色、除臭味、氧化亞硝酸鹽以及氧化去除鐵。

日本多年的研究，以1981年在日本七棟商業(yè)大廈和綜合公寓就地污水回收系統(tǒng)內(nèi)，安裝臭氧處理設(shè)備而達(dá)到高潮。回收的污水，用于廁所沖洗，汽車洗刷和觀賞河塘。

 

3、法國(guó)
戈梅拉（Gomella）1976年在哥倫比斯（Colombes）對(duì)巴黎管區(qū)污水臭氧化處理進(jìn)行的半生產(chǎn)性試驗(yàn)研究以及其他人的研究表明，往污水中投加的聚電解質(zhì)，能極大地改變臭氧從氣泡向污水內(nèi)傳遞過(guò)程當(dāng)中的操作界面力，并因此而降低為達(dá)到一定消毒水平所需的臭氧量。

 

4、德國(guó)

1976年和1977年對(duì)取自西柏林污水處理廠的處理后出水予以臭氧化，使有機(jī)物成分變得易于生物降解，然后再將出水通過(guò)注入砂岸而進(jìn)入受納河流。1981年對(duì)柏林污水廠生物處理后出水，用臭氧處理供同一目的中間性試驗(yàn)，該試驗(yàn)于1981年2月開始運(yùn)行，并持續(xù)運(yùn)行了一個(gè)時(shí)期，出水用硫酸亞鐵凝聚，然后用2.083×10-5mol/L（1mg/L）的臭氧予以臭氧化，雙層濾料過(guò)濾并注人到地下進(jìn)人吸附井內(nèi)。在這種低水平的臭氧處理下，發(fā)生在濾池內(nèi)的硝化過(guò)程不受影響。

5、以色列
1976年瓦克斯（Wachs）等人將污水處理廠出水先用石灰在高pH值下處理，然后臭氧化，并通過(guò)粒狀活性炭濾層，這種綜合三級(jí)處理流程，能使生物難分解有機(jī)物轉(zhuǎn)化為較易生物降解的物質(zhì)，然后于設(shè)置在臭氧化后面的濾池和顆?；钚蕴课街鶅?nèi)降解。因此，總有機(jī)碳水平能被降至4.167×10-5mol/L（2mg/L）以下。

6、南非
西南非的溫得霍克（Windhoek）進(jìn)行處理城市污水供補(bǔ)充其自來(lái)水使用已多年了，這項(xiàng)工藝中，在粒狀活性炭吸附前，有折點(diǎn)氯化處理來(lái)去除氨和溶解有機(jī)物。后來(lái)，馮·勒韋思（VanLeeuwen）等人改進(jìn)了溫得霍克應(yīng)用的這種流程。用臭氧化加生物處理方法，來(lái)取代用于除氨的折點(diǎn)氯化和為去除溶解有機(jī)物用的粒狀活性炭吸附。且已在日產(chǎn)3785m³水的斯坦得水回收廠成功使用。改進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)之一是，臭氧化后的粒狀活性炭濾料在一年內(nèi)不需要再生。相反，折點(diǎn)氯化后粒狀活性炭濾料，每90天就必須再生。

用預(yù)臭氧化取代折點(diǎn)氯化在活性炭再生方面節(jié)省了資金，用以支付臭氧處理費(fèi)用綽綽有余。
 

7、中國(guó)
我國(guó)于20世紀(jì)70年代末，亦將臭氧用于醫(yī)院污水的處理，主要用于醫(yī)院污水的消毒，如鞍山傳染病醫(yī)院、鞍山第四人民醫(yī)院、遼化職工醫(yī)院、錦西市醫(yī)院等單位，在70年代末都用臭氧處理醫(yī)院污水，另外清華大學(xué)、鞍山靜電技術(shù)研究設(shè)計(jì)院等單位均進(jìn)行了臭氧處理印染廢水和城市生活污水方面的研究，取得了一些成果，在此不再詳述。