第一篇：臭氧在上海周家渡水廠試驗(yàn)基地工程中的應(yīng)用

臭氧在上海周家渡水廠試驗(yàn)基地工程中的應(yīng)用

摘要：本文以飲用水水源受污染后各種相應(yīng)的凈水工藝不斷出現(xiàn)為背景，敘述并介紹了其中的臭氧技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)及其在上海周家渡水廠試驗(yàn)基地工程中的應(yīng)用情況，并對(duì)就用的成果進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：水源泉污染臭氧有機(jī)物色度

一、應(yīng)用的背景

人類的社會(huì)活動(dòng)及生存離不開水。人們的生活飲用水及生產(chǎn)用水主要來自于地表水和地下水，其中地表水分布廣且利用較方便，而地下水則存量有限。隨著人類社會(huì)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，各種工業(yè)生產(chǎn)及人們生活中產(chǎn)生的大量未經(jīng)處理的廢水及污水不斷被排入水體，已使得地表水的不斷污染成為一種普通的現(xiàn)象。此外，人類活動(dòng)中對(duì)地下水的大量開采，也使得水源較好但存量有限的地下水迅速減少，并千萬了嚴(yán)重的地面下沉現(xiàn)象，對(duì)城市各類建筑及公共設(shè)施帶來了威脅和破壞。我國雖然是水資源較豐富的國家，但由于人口眾多，人均的水資源泉含量卻很低，約為世界人均占有量的四分之一。而上述地表水普通受污染和地下水過量開采的現(xiàn)象在我國也同樣存在，并且狀況較為嚴(yán)重。這些現(xiàn)象的出現(xiàn)正對(duì)人類的活動(dòng)及社會(huì)進(jìn)步構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。為了消除水源普通受到污染對(duì)人類活動(dòng)的威脅，世界各地的各個(gè)國家尤其是發(fā)達(dá)國家正在積極采取措施，其中包括了加強(qiáng)生活飲用水的處理許多國家的水處理部門以及相關(guān)的科研機(jī)構(gòu)或大學(xué)院校正在不斷研究和探索新的凈水工藝，以消除水中的污染物質(zhì)對(duì)人類造成的危害。隨著這些研究和探索的持續(xù)進(jìn)行，各種成果已不斷出現(xiàn)并日趨成熟。目前較具有代表性的主要有各種預(yù)處理工藝和深度處理工藝的逐漸被應(yīng)用并取得成功。此外新興的膜處理工藝在生活飲用處理水中的應(yīng)用也正在探索和研究中。我國對(duì)微污染水源飲用水處理的研究和探索始于二十世紀(jì)八十年代，與發(fā)達(dá)國家比起步較晚。但經(jīng)過二十年的大量工作，已在許多新工藝的機(jī)理和基礎(chǔ)研究方面取得了不少成果。其中較有影響的主要有生物預(yù)處理工藝、投加臭氧或高錳酸鉀等強(qiáng)氧化劑的化學(xué)預(yù)處理工藝，以及投加粉末活性炭的物理化學(xué)預(yù)處理工藝等。而深度處理則有顆?；钚蕴课揭约俺粞跹趸Y(jié)合顆?；钚蕴课降纳锘钚蕴康裙に?。這些工藝在全國許多地方的試驗(yàn)研究中通過應(yīng)用被證實(shí)對(duì)微污染水源的處理具有較好的效果。但限于經(jīng)濟(jì)條件，大部分研究?jī)H處于小試驗(yàn)階段，很少有進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)和直接應(yīng)用于生產(chǎn)。上海是我國最大的工業(yè)城市，是全國的經(jīng)濟(jì)中心之一。上海城市供水的規(guī)模及服務(wù)人口為全國之最，而上海城市供水的主要水源黃浦江污染相當(dāng)嚴(yán)重。為了保證供水水質(zhì)，上海的供水部門不得不在二十世紀(jì)八、九十年代花巨資開劈長(zhǎng)江第二水源泉和實(shí)施黃浦江上游引水工程。由于長(zhǎng)江位于遠(yuǎn)離市區(qū)的北面，只能為上海北部地區(qū)的水廠供水，且長(zhǎng)江源水受長(zhǎng)江入?？诤Ｋ构嗟挠绊懛浅?yán)重，水源地避咸設(shè)施的投資昂貴。而大部分位于市區(qū)中部及南部地區(qū)的水廠仍只能依靠黃浦江水源，雖然實(shí)施了上游引水工程，水質(zhì)有所改善，但由于黃浦江水量有限，其總體水質(zhì)狀況仍出現(xiàn)下降趨勢(shì)。為了尋找和探索對(duì)付黃浦江水質(zhì)惡化的對(duì)策，上海自來水公司先后進(jìn)行過臭氧預(yù)處理、生物接觸氧化塔處理以及活性炭吸附處理等工藝的小型試驗(yàn)，并取得了良好成果。隨著上海經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人民生活水平的提高以及上海將成為國際金融中心之一的目標(biāo)確定，提高供水水質(zhì)已成為一項(xiàng)刻不容緩的任務(wù)。為此，上海市自來水公司于一九九八年提出了實(shí)施“上海市自來水深度處理工藝研究與應(yīng)用”科研項(xiàng)目的建議，同年經(jīng)上海市簡(jiǎn)直委批準(zhǔn)立項(xiàng)實(shí)施。該項(xiàng)目由上海市自來水公司牽頭，組織了公司科研所、上海市政工程設(shè)計(jì)研究院以及同濟(jì)大學(xué)等單位開展工作。該項(xiàng)目的開題報(bào)告中明確了項(xiàng)目性質(zhì)為生產(chǎn)研究與應(yīng)用，并以上海周家渡水廠為試驗(yàn)基地進(jìn)行科研依托工程的建設(shè)，以期通過科研所取得的成果直接應(yīng)用于生產(chǎn)。此外，開題報(bào)告還明確了將在該試驗(yàn)研究中進(jìn)行多種新工藝的研究，其中臭氧的應(yīng)用是主要的研究?jī)?nèi)容之一。

二、臭氧及其在水處理應(yīng)用中的主要特點(diǎn)

1、臭氧的主要特性臭氧是一種高活性氣體，通過對(duì)氧氣的放電而形成，其分子式是O3，是氧的同素異形體。在常溫常壓下，臭氧是淡藍(lán)色的具有刺激性氣味的氣體。臭氧具有很高的氧化電位（2.076伏)，比氯（1.36伏）高出50%以上，因此它具有比氯更強(qiáng)的氧化能力。臭氧是由氧按以下熱化學(xué)方程形成：

3O3→2Q2-69千卡

由此反應(yīng)式可見臭氧的形成是吸熱過程。因此，臭氧分子極不穩(wěn)定，可自行分解，伴隨著分解過程會(huì)放出能量。所以臭氧比氧具有更高的活性和氧化能力。臭氧氣體穿過氣水間界面向水中傳遞是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡過程，臭氧氣體向水中的傳遞能力主要與氣液兩相中的傳遞系數(shù)、氣水接觸面積以及氣液間的濃度差有關(guān)。臭氧在水中的溶解度大于氧，溫度、氣壓、氣體中的純臭氧濃度以及水中污染物質(zhì)的性質(zhì)和含量是影響臭氧在水中溶解度的主要因素。溶于水中的臭氧極不穩(wěn)定，很輕易分解。溫度及水中的PH值是影響臭氧分解的主要因素。自然界中的臭氧是由大氣中的氧氣受雷擊后產(chǎn)生，而人類生產(chǎn)過程中所需的臭氧則是通過臭氧發(fā)生設(shè)備，利用環(huán)境空氣中的氧以及商品氧和空氣分離設(shè)備制取的氧來制造。

2、臭氧凈化水的作用機(jī)理臭氧一經(jīng)溶解在水中，會(huì)出現(xiàn)下列兩種反應(yīng)：一種是直接氧化，它是較緩慢的且有明顯選擇性的反應(yīng)；另一種則是在水中羥基、過氧化氫、有機(jī)物、腐植質(zhì)和高濃度的氫氧根誘發(fā)下自街上分解成羥基自由基，間接地氧化有機(jī)物、微生物和氨等。后一種反應(yīng)相當(dāng)快，且沒有選擇性，另外還能將重碳酸根和碳酸根氧化成重碳酸和碳酸。這兩種反應(yīng)中后一種反應(yīng)更強(qiáng)烈，氧化能力更強(qiáng)。這兩種反應(yīng)過程可簡(jiǎn)單表示為下圖：

由上述反應(yīng)機(jī)理可知，臭氧在任何PH條件均能氧化水中多種有機(jī)物和無機(jī)物，如造成水中色、嗅和味的腐植質(zhì)、酚、氨氮、鐵、錳以及硫等還原物質(zhì)。此外，由于具有很高的氧化電位和輕易通過微生物細(xì)胞膜擴(kuò)散，并能氧化微生物細(xì)胞的有機(jī)物或破壞有機(jī)體鏈狀結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致細(xì)胞死亡，臭氧能夠殺藻，對(duì)一些頑強(qiáng)的微生物如病毒、芽孢等有強(qiáng)大的殺傷力。

3、臭氧在不處理中的應(yīng)用特點(diǎn)臭氧用于凈水工藝已有悠久歷史，幾乎與最常用的氯同時(shí)開始被采用。但迄今為止，由于臭氧設(shè)備的復(fù)雜和投資大，且耗電量較高，臭氧用于凈水只在少數(shù)國家較普遍，非凡在法國、德國、瑞士等歐洲國家應(yīng)用較多。由于懷疑水中的有機(jī)物和天然物質(zhì)與氯發(fā)生反應(yīng)形成的三氯甲烷具有致癌性，自二十世紀(jì)九十年代起，美國、英國和日本等國家也逐步在飲用水處理中采用了臭氧處理工藝，以取代氯的作用。目前，許多發(fā)達(dá)國家以及我國少數(shù)地方將臭氧用于飲用水處理，主要采用如下的幾種的反應(yīng)技術(shù)：a、臭氧預(yù)處理即在常規(guī)凈水工藝前增設(shè)臭氧工藝。這種方法用以取代以往預(yù)氯化的工藝后，不僅能起到與預(yù)氯化相當(dāng)?shù)男Ч铱杀苊忸A(yù)氯化后產(chǎn)生大量三氯甲烷之類的致癌物質(zhì)生成。同時(shí)還可以起到預(yù)氯化無法達(dá)到的作用，如臭氧可氧化許多小分子機(jī)構(gòu)以及分解大分子有機(jī)物成為小分子有機(jī)物，從而使得水中因腐植質(zhì)引起的色、嗅和味經(jīng)過臭氧氧化能被有效去除。此外，臭氧對(duì)處于還原狀態(tài)的錳和硫的去除能力也是氯所不能企及的。但是，臭氧對(duì)氨的去除效果不如氯，為了去除氨氮，需要大劑量投加和較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間。b、臭氧與顆?；钚蕴窟^濾相結(jié)合的臭氧生物活性炭處理這種工藝通常設(shè)在常規(guī)凈水工藝后，作為對(duì)水的深度處理，以去除常規(guī)工藝無法去除的各種有機(jī)物及由此引起的色、嗅和味等。這一工藝中臭氧的作用有兩個(gè)方面。其一是直接將部分能被其氧化成無害物質(zhì)的污染物去除。其二是將大分子有機(jī)物分解成可為生物降解的小分子有機(jī)物，同時(shí)利用臭氧分解后產(chǎn)生的氧使水中的溶解氧充足，從而為后續(xù)活性炭處理中的生物降解提供必要的條件。通常經(jīng)過臭氧生物活性炭處理后的水，其中形成三氯甲烷的前驅(qū)物質(zhì)已大為降低，因此，這些水再經(jīng)最終的氯消毒后較少生成三氯甲烷等物質(zhì)。c、臭氧消毒由于臭氧具有比氯更高的氧化能力，因此用臭氧代替氯來對(duì)水進(jìn)行消毒，其消毒效果更佳，且劑量小、作用快，并不會(huì)產(chǎn)生三氯甲烷等有害物質(zhì)，同時(shí)也可大為改觀水的口感和觀感。對(duì)一些頑強(qiáng)的病毒，臭氧的滅活作用遠(yuǎn)高于氯。但是，由于水中臭氧分解速度快，經(jīng)臭氧消毒的水中剩余消毒劑維持的時(shí)間很短。所以，為了使水中一定量的剩余消毒劑水平能維持較長(zhǎng)時(shí)間，通常經(jīng)臭氧消毒后的水需投加少量的氯。無論是臭氧在凈水工藝用于何種用途和場(chǎng)合，臭氯凈水系統(tǒng)的基本組成通常應(yīng)包括氣源設(shè)備、臭氧發(fā)生、臭氯接觸以及尾氣處置四個(gè)部分。氣源預(yù)備是臭氧發(fā)生的前置系統(tǒng)，包括空氣供給和純氧供給。通常空氣供給適用于臭氧產(chǎn)量較小的場(chǎng)合，而純氧則用于較大規(guī)模臭氧應(yīng)用。臭氧發(fā)生則是由臭氧發(fā)生器來完成，目前使用最廣的是管式發(fā)生器。臭氧接觸是指通過一定的方式使臭氧氣體擴(kuò)散到液體中并使之與液體中并使之液體全面接觸和完成預(yù)期反應(yīng)的過程，這一過程是通過臭氧接觸器來完成，不同的工藝目標(biāo)和相應(yīng)的反應(yīng)決定了接觸器的形式和接觸時(shí)間，接觸器的形式主要包括微氣泡擴(kuò)散接觸、渦輪擴(kuò)散接觸、水射器擴(kuò)散接觸以及接觸填料擴(kuò)散接觸等形式。尾氣處置主要是指通過人為破壞的方法將接觸器內(nèi)排出的剩余臭氧氣體分解成對(duì)環(huán)境無害的氧氣，目前使用較普通的方法為加熱分解法。

三、臭氧在周家渡水廠試驗(yàn)基地工程中應(yīng)用情況介紹

1、總體試驗(yàn)工藝流程的確定及其工藝作用的考慮為了達(dá)到本科研項(xiàng)目的總體目標(biāo)，科研小組首先分析了黃浦江原水存在的主要問題，并確定了預(yù)期要求達(dá)到的水質(zhì)目標(biāo)。通過對(duì)原水質(zhì)的分析認(rèn)為，原水中主要的問題是存在一定的有機(jī)污染、色度較高以及鐵錳含量較高。具體表現(xiàn)為高錳酸鹽指數(shù)平均在5mg/1以上，最高可達(dá)9mg/1；氨氮平均在1mg/1以上，最高可達(dá)3mg/1；色度平均約為17度，最高為20度；錳平均為0.22mg/1，最高為0.5mg/1。針對(duì)水源中存在的這些主要問題，科研小組經(jīng)過共同討論研究，制定了出水的水質(zhì)目標(biāo)，對(duì)其中一些關(guān)鍵項(xiàng)目提出了最低目標(biāo)和最高目標(biāo)。其中高錳酸鹽指數(shù)最低目標(biāo)為5mg/1，最高目標(biāo)為2mg/1；氨氮的目標(biāo)為0.5mg/1。為此，通過大量的調(diào)查研究和討論分析，提出了實(shí)施如下兩個(gè)試驗(yàn)工藝流程來探索完成上述目標(biāo)的最佳工藝途徑：

上述流程一中，其工藝作用主要考慮是利用陶粒生物濾池去除氨氮，兼能去除部分有機(jī)物、色度、鐵和錳，并為后續(xù)常規(guī)處理去除濁度、色度、鐵和錳創(chuàng)造有利條件；利用后臭氧接觸池和生物活性炭濾池進(jìn)一步去除前置工藝中無法有效去除的有機(jī)物、色度以及嗅味等。而流程二中，其工藝作用主要考慮是利用跌水曝氣池或預(yù)臭氧接觸池為后續(xù)常規(guī)處理去除色度、鐵、錳和氨氮?jiǎng)?chuàng)造有利條件以及利用預(yù)臭接觸池直接去除部分有機(jī)物和色度，并為后續(xù)工藝去除濁度創(chuàng)造有利條件；后臭氧接觸池和生物活性炭濾池作用與流程一大致相同?？紤]到周家渡水廠原有常規(guī)凈水設(shè)施的能力以及水廠高程及場(chǎng)地條件，每條試驗(yàn)流程的規(guī)模確定為500000m3/d。

2、臭氧工藝形式的確定臭氧對(duì)國內(nèi)外已有的臭氧工藝狀況的了解以及對(duì)臭氧設(shè)備、臭氧本身及其在凈水工藝應(yīng)用中的各方面特點(diǎn)的分析，對(duì)兩個(gè)流程中的后臭氧接觸采用了微氣泡擴(kuò)散接觸池，每座池內(nèi)臭分三點(diǎn)投加，總接角時(shí)間為10分分鐘，接觸水深為5.5米。對(duì)流程二中的預(yù)臭氧接觸池，考慮到原水較易使微氣泡擴(kuò)散器堵塞，采用了水射器擴(kuò)散接觸形式。接觸時(shí)間為10分鐘接觸水深5.5米。投加點(diǎn)考慮到預(yù)臭氧的作用較為單一，僅設(shè)一處。限于場(chǎng)地條件，兩個(gè)流程中的預(yù)臭氧和臭氧和后臭氧接觸池與跌水曝氣池設(shè)計(jì)成一個(gè)整體，具體布置詳見下圖。

3、臭氧設(shè)備的選擇對(duì)臭氧設(shè)備生產(chǎn)能力的選擇，考慮到本項(xiàng)目為科研項(xiàng)目，試驗(yàn)研究過程中將可能進(jìn)行各種投量的對(duì)比試驗(yàn)，故預(yù)臭氧的投加率設(shè)備配置按5mg/1考慮，后臭氧則按3mg/1考慮。總的臭氧設(shè)備能力按2.5kg/hr考慮。臭氧發(fā)生器則選擇了法國歐宗尼亞公司的新技術(shù)設(shè)備，單位發(fā)生電耗為10～14Kwh/kgO3，產(chǎn)氣中臭氧濃度為6～10%。氣源預(yù)備系統(tǒng)考慮到本科研成果主要是用于上海自來水系統(tǒng)，其臭氧應(yīng)用規(guī)模較大，故采了租用商業(yè)純氧的方式解決，在廠區(qū)內(nèi)安排一露天場(chǎng)地設(shè)備法國液化空氣上海公司的一個(gè)5立方米液氧儲(chǔ)罐，經(jīng)與儲(chǔ)罐配套的蒸發(fā)器將液氧蒸發(fā)成氣態(tài)氧后供給臭氧發(fā)生器。尾氣處置則選擇電加熱分解裝置，設(shè)在接觸池頂部，與接觸池頂?shù)奈矚馀欧殴芟噙B。

四、成果展望

經(jīng)過科研開題、開題審批及立項(xiàng)、科研方案的確定、依托工程的可行性研究、初步設(shè)計(jì)以及施工圖設(shè)計(jì)等一系列工作，目前該項(xiàng)目已完成了近一半的工作，有關(guān)依托工程的施工正在加緊實(shí)施預(yù)計(jì)到2000年底可完成工程建設(shè)及試驗(yàn)預(yù)備工作。2001年初即可開始試驗(yàn)研究。對(duì)于臭氧在本試驗(yàn)工藝中的應(yīng)用程度、范圍以及具體的工藝形成和有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)、運(yùn)行指標(biāo)的確定還有待于今后的試驗(yàn)和分析的結(jié)果來得出。但筆者認(rèn)為，對(duì)臭氧在本項(xiàng)目中應(yīng)用的必要性是毋庸置疑的，相信該技術(shù)的應(yīng)用一定能取得積極有益的成果。

第二篇：臭氧在上海周家渡水廠試驗(yàn)基地工程中的應(yīng)用.

臭氧在上海周家渡水廠試驗(yàn)基地工程中的應(yīng)用(1)

本文以飲用水水源受污染后各種相應(yīng)的凈水工藝不斷出現(xiàn)為背景，敘述并介紹了其中的臭氧技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)及其在上海周家渡水廠試驗(yàn)基地工程中的應(yīng)用情況，并對(duì)就用的成果進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：水源泉污染 臭氧 有機(jī)物 色度

一、應(yīng)用的背景

人類的社會(huì)活動(dòng)及生存離不開水。人們的生活飲用水及生產(chǎn)用水主來自于地表水和地下水，其中地表水分布廣且利用較方便，而地下水則存量有限。隨著人類社會(huì)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，各種工業(yè)生產(chǎn)及人們生活中產(chǎn)生的大量未經(jīng)處理的廢水及污水不斷被排入水體，已使得地表水的不斷污染成為一種普通的現(xiàn)象。此外，人類活動(dòng)中對(duì)地下水的大量開采，也使得水源較好但存量有限的地下水迅速減少，并千萬了嚴(yán)重的地面下沉現(xiàn)象，對(duì)城市各類建筑及公共設(shè)施帶來了威脅和破壞。我國雖然是水資源較豐富的國家，但由于人口眾多，人均的水資源泉含量卻很低，約為世界人均占有量的四分之一。而上述地表水普通受污染和地下水過量開采的現(xiàn)象在我國也同樣存在，并且狀況較為嚴(yán)重。這些現(xiàn)象的出現(xiàn)正對(duì)人類的活動(dòng)及社會(huì)進(jìn)步構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。

為了消除水源普通受到污染對(duì)人類活動(dòng)的威脅，世界各地的各個(gè)國家尤其是發(fā)達(dá)國家正在積極采取措施，其中包括了加強(qiáng)生活飲用水的處理許多國家的水處理部門以及相關(guān)的科研機(jī)構(gòu)或大學(xué)院校正在不斷研究和探索新的凈水工藝，以消除水中的污染物質(zhì)對(duì)人類造成的危害。隨著這些研究和探索的持續(xù)進(jìn)行，各種成果已不斷出現(xiàn)并日趨成熟。目前較具有代表性的主有各種預(yù)處理工藝和深度處理工藝的逐漸被應(yīng)用并取得成功。此外新興的膜處理工藝在生活飲用處理水中的應(yīng)用也正在探索和研究中。

我國對(duì)微污染水源飲用水處理的研究和探索始于二十世紀(jì)八十年代，與發(fā)達(dá)國家比起步較晚。但經(jīng)過二十年的大量工作，已在許多新工藝的機(jī)理和基礎(chǔ)研究方面取得了不少成果。其中較有影響的主有生物預(yù)處理工藝、投加臭氧或高錳酸鉀等強(qiáng)氧化劑的化學(xué)預(yù)處理工藝，以及投加粉末活性炭的物理化學(xué)預(yù)處理工藝等。而深度處理則有顆粒活性炭吸附以及臭氧氧化結(jié)合顆?；钚蕴课降纳锘钚蕴康裙に?。這些工藝在全國許多地方的試驗(yàn)研究中通過應(yīng)用被證明對(duì)微污染水源的處理具有較好的效果。但限于經(jīng)濟(jì)條件，大部分研究?jī)H處于小試驗(yàn)階段，很少有進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)和直接應(yīng)用于生產(chǎn)。

上海是我國最大的工業(yè)城市，是全國的經(jīng)濟(jì)中心之一。上海城市供水的規(guī)模及服務(wù)人口為全國之最，而上海城市供水的主水源黃浦江污染相當(dāng)嚴(yán)重。為了保證供水水質(zhì)，上海的供水部門不得不在二十世紀(jì)八、九十年代花巨資開劈長(zhǎng)江第二水源泉和實(shí)施黃浦江上游引水工程。由于長(zhǎng)江位于遠(yuǎn)離市區(qū)的北面，只能為上海北部地區(qū)的水廠供水，且長(zhǎng)江源水受長(zhǎng)江入海口海水倒灌的影響非常嚴(yán)重，水源地避咸設(shè)施的投資昂貴。而大部分位于市區(qū)中部及南部地區(qū)的水廠仍只能依賴黃浦江水源，雖然實(shí)施了上游引水工程，水質(zhì)有所改善，但由于黃浦江水量有限，其總體水質(zhì)狀況仍出現(xiàn)下降趨勢(shì)。為了尋找和探索對(duì)付黃浦江水質(zhì)惡化的對(duì)策，上海自來水公司先后進(jìn)行過臭氧預(yù)處理、生物接觸氧化塔處理以及活性炭吸附處理等工藝的小型試驗(yàn)，并取得了良好成果。隨著上海經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人民生活水平的提高以及上海將成為國際金融中心之一的目標(biāo)確定，提高供水水質(zhì)已成為一項(xiàng)刻不容緩的任務(wù)。為此，上海市自來水公司于一九九八年提出了實(shí)施“上海市自來水深度處理工藝研究與應(yīng)用”科研項(xiàng)目的建議，同年經(jīng)上海市簡(jiǎn)直委批準(zhǔn)立項(xiàng)實(shí)施。該項(xiàng)目由上海市自來水公司牽頭，組織了公司科研所、上海市政工程設(shè)計(jì)研究院以及同濟(jì)大學(xué)等單位開展工作。該項(xiàng)目的開題報(bào)告中明確了項(xiàng)目性質(zhì)為生產(chǎn)研究與應(yīng)用，并以上海周家渡水廠為試驗(yàn)基地進(jìn)行科研依托工程的建設(shè)，以期通過科研所取得的成果直接應(yīng)用于生產(chǎn)。此外，開題報(bào)告還明確了將在該試驗(yàn)研究中進(jìn)行多種新工藝的研究，其中臭氧的應(yīng)用是主的研究?jī)?nèi)容之一。

二、臭氧及其在水處理應(yīng)用中的主特點(diǎn)

1、臭氧的主特性

臭氧是一種高活性氣體，通過對(duì)氧氣的放電而形成，其分子式是O3，是氧的同素異形體。在常溫常壓下，臭氧是淡藍(lán)色的具有刺激性氣味的氣體。

臭氧具有很高的氧化電位（2.076伏)，比氯（1.36伏）高出50%以上，因此它具有比氯更強(qiáng)的氧化能力。臭氧是由氧按以下熱化學(xué)方程形成：

3O3→2Q2-69千卡

由此反應(yīng)式可見臭氧的形成是吸熱過程。因此，臭氧分子極不穩(wěn)定，可自行分解，伴隨著分解過程會(huì)放出能量。所以臭氧比氧具有更高的活性和氧化能力。

臭氧氣體穿過氣水間界面向水中傳遞是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡過程，臭氧氣體向水中的傳遞能力主與氣液兩相中的傳遞系數(shù)、氣水接觸面積以及氣液間的濃度差有關(guān)。

臭氧在水中的溶解度大于氧，溫度、氣壓、氣體中的純臭氧濃度以及水中污染物質(zhì)的性質(zhì)和含量是影響臭氧在水中溶解度的主因素。

溶于水中的臭氧極不穩(wěn)定，很容易分解。溫度及水中的PH值是影響臭氧分解的主因素。

自然界中的臭氧是由大氣中的氧氣受雷擊后產(chǎn)生，而人類生產(chǎn)過程中所需的臭氧則是通過臭氧發(fā)生設(shè)備，利用環(huán)境空氣中的氧以及商品氧和空氣分離設(shè)備制取的氧來制造。

2、臭氧凈化水的作用機(jī)理

臭氧一經(jīng)溶解在水中，會(huì)出現(xiàn)下列兩種反應(yīng)：一種是直接氧化，它是較緩慢的且有明顯選擇性的反應(yīng)；另一種則是在水中羥基、過氧化氫、有機(jī)物、腐植質(zhì)和高濃度的氫氧根誘發(fā)下自街上分解成羥基自由基，間接地氧化有機(jī)物、微生物和氨等。后一種反應(yīng)相當(dāng)快，且沒有選擇性，另外還能將重碳酸根和碳酸根氧化成重碳酸和碳酸。這兩種反應(yīng)中后一種反應(yīng)更強(qiáng)烈，氧化能力更強(qiáng)。這兩種反應(yīng)過程可簡(jiǎn)單表示為下圖：

由上述反應(yīng)機(jī)理可知，臭氧在任何PH條件均能氧化水中多種有機(jī)物和無機(jī)物，如造成水中色、嗅和味的腐植質(zhì)、酚、氨氮、鐵、錳以及硫等還原物質(zhì)。此外，由于具有很高的氧化電位和容易通過微生物細(xì)胞膜擴(kuò)散，并能氧化微生物細(xì)胞的有機(jī)物或破壞有機(jī)體鏈狀結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致細(xì)胞死亡，臭氧能夠殺藻，對(duì)一些頑強(qiáng)的微生物如病毒、芽孢等有強(qiáng)大的殺傷力。

摘本文以飲用水水源受污染后各種相應(yīng)的凈水工藝不斷出現(xiàn)為背景，敘述并介紹了其中的臭氧技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)及

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3、臭氧在不處理中的應(yīng)用特點(diǎn)

臭氧用于凈水工藝已有悠久歷史，幾乎與最常用的氯同時(shí)開始被采用。但迄今為止，由于臭氧設(shè)備的復(fù)雜和投資大，且耗電量較高，臭氧用于凈水只在少數(shù)國家較普遍，特別在法國、德國、瑞士等歐洲國家應(yīng)用較多。由于懷疑水中的有機(jī)物和天然物質(zhì)與氯發(fā)生反應(yīng)形成的三氯甲烷具有致癌性，自二十世紀(jì)九十年代起，美國、英國和日本等國家也逐步在飲用水處理中采用了臭氧處理工藝，以取代氯的作用。

目前，許多發(fā)達(dá)國家以及我國少數(shù)地方將臭氧用于飲用水處理，主采用如下的幾種的反應(yīng)技術(shù)：

a、臭氧預(yù)處理

即在常規(guī)凈水工藝前增設(shè)臭氧工藝。這種方法用以取代以往預(yù)氯化的工藝后，不僅能起到與預(yù)氯化相當(dāng)?shù)男Ч?，而且可避免預(yù)氯化后產(chǎn)生大量三氯甲烷之類的致癌物質(zhì)生成。同時(shí)還可以起到預(yù)氯化無法達(dá)到的作用，如臭氧可氧化許多小分子機(jī)構(gòu)以及分解大分子有機(jī)物成為小分子有機(jī)物，從而使得水中因腐植質(zhì)引起的色、嗅和味經(jīng)過臭氧氧化能被有效去除。此外，臭氧對(duì)處于還原狀態(tài)的錳和硫的去除能力也是氯所不能企及的。

但是，臭氧對(duì)氨的去除效果不如氯，為了去除氨氮，需大劑量投加和較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間。

b、臭氧與顆?；钚蕴窟^濾相結(jié)合的臭氧生物活性炭處理

這種工藝通常設(shè)在常規(guī)凈水工藝后，作為對(duì)水的深度處理，以去除常規(guī)工藝無法去除的各種有機(jī)物及由此引起的色、嗅和味等。這一工藝中臭氧的作用有兩個(gè)方面。其一是直接將部分能被其氧化成無害物質(zhì)的污染物去除。其二是將大分子有機(jī)物分解成可為生物降解的小分子有機(jī)物，同時(shí)利用臭氧分解后產(chǎn)生的氧使水中的溶解氧充足，從而為后續(xù)活性炭處理中的生物降解提供必的條件。通常經(jīng)過臭氧生物活性炭處理后的水，其中形成三氯甲烷的前驅(qū)物質(zhì)已大為降低，因此，這些水再經(jīng)最終的氯消毒后較少生成三氯甲烷等物質(zhì)。

c、臭氧消毒

由于臭氧具有比氯更高的氧化能力，因此用臭氧代替氯來對(duì)水進(jìn)行消毒，其消毒效果更佳，且劑量小、作用快，并不會(huì)產(chǎn)生三氯甲烷等有害物質(zhì)，同時(shí)也可大為改觀水的口感和觀感。對(duì)一些頑強(qiáng)的病毒，臭氧的滅活作用遠(yuǎn)高于氯。但是，由于水中臭氧分解速度快，經(jīng)臭氧消毒的水中剩余消毒劑維持的時(shí)間很短。所以，為了使水中一定量的剩余消毒劑水平能維持較長(zhǎng)時(shí)間，通常經(jīng)臭氧消毒后的水需投加少量的氯。

無論是臭氧在凈水工藝用于何種用途和場(chǎng)合，臭氯凈水系統(tǒng)的基本組成通常應(yīng)包括氣源設(shè)備、臭氧發(fā)生、臭氯接觸以及尾氣處置四個(gè)部分。

氣源準(zhǔn)備是臭氧發(fā)生的前置系統(tǒng)，包括空氣供應(yīng)和純氧供應(yīng)。通?？諝夤?yīng)適用于臭氧產(chǎn)量較小的場(chǎng)合，而純氧則用于較大規(guī)模臭氧應(yīng)用。臭氧發(fā)生則是由臭氧發(fā)生器來完成，目前使用最廣的是管式發(fā)生器。臭氧接觸是指通過一定的方式使臭氧氣體擴(kuò)散到液體中并使之與液體中并使之液體全面接觸和完成預(yù)期反應(yīng)的過程，這一過程是通過臭氧接觸器來完成，不同的工藝目標(biāo)和相應(yīng)的反應(yīng)決定了接觸器的形式和接觸時(shí)間，接觸器的形式主包括微氣泡擴(kuò)散接觸、渦輪擴(kuò)散接觸、水射器擴(kuò)散接觸以及接觸填料擴(kuò)散接觸等形式。尾氣處置主是指通過人為破壞的方法將接觸器內(nèi)排出的剩余臭氧氣體分解成對(duì)環(huán)境無害的氧氣，目前使用較普通的方法為加熱分解法。

三、臭氧在周家渡水廠試驗(yàn)基地工程中應(yīng)用情況介紹

1、總體試驗(yàn)工藝流程的確定及其工藝作用的考慮

為了達(dá)到本科研項(xiàng)目的總體目標(biāo)，科研小組首先分析了黃浦江原水存在的主問題，并確定了預(yù)期求達(dá)到的水質(zhì)目標(biāo)。通過對(duì)原水質(zhì)的分析認(rèn)為，原水中主的問題是存在一定的有機(jī)污染、色度較高以及鐵錳含量較高。具體表現(xiàn)為高錳酸鹽指數(shù)平均在5mg/1以上，最高可達(dá)9mg/1；氨氮平均在1mg/1以上，最高可達(dá)3mg/1；色度平均約為17度，最高為20度；錳平均為0.22mg/1，最高為0.5mg/1。針對(duì)水源中存在的這些主問題，科研小組經(jīng)過共同討論研究，制定了出水的水質(zhì)目標(biāo)，對(duì)其中一些關(guān)鍵項(xiàng)目提出了最低目標(biāo)和最高目標(biāo)。其中高錳酸鹽指數(shù)最低目標(biāo)為5mg/1，最高目標(biāo)為2mg/1；氨氮的目標(biāo)為0.5mg/1。為此，通過大量的調(diào)查研究和討論分析，提出了實(shí)施如下兩個(gè)試驗(yàn)工藝流程來探索完成上述目標(biāo)的最佳工藝途徑：

上述流程一中，其工藝作用主考慮是利用陶粒生物濾池去除氨氮，兼能去除部分有機(jī)物、色度、鐵和錳，并為后續(xù)常規(guī)處理去除濁度、色度、鐵和錳創(chuàng)造有利條件；利用后臭氧接觸池和生物活性炭濾池進(jìn)一步去除前置工藝中無法有效去除的有機(jī)物、色度以及嗅味等。而流程二中，其工藝作用主考慮是利用跌水曝氣池或預(yù)臭氧接觸池為后續(xù)常規(guī)處理去除色度、鐵、錳和氨氮?jiǎng)?chuàng)造有利條件以及利用預(yù)臭接觸池直接去除部分有機(jī)物和色度，并為后續(xù)工藝去除濁度創(chuàng)造有利條件；后臭氧接觸池和生物活性炭濾池作用與流程一大致相同。

考慮到周家渡水廠原有常規(guī)凈水設(shè)施的能力以及水廠高程及場(chǎng)地條件，每條試驗(yàn)流程的規(guī)模確定為500000m3/d。

2、臭氧工藝形式的確定

臭氧對(duì)國內(nèi)外已有的臭氧工藝狀況的了解以及對(duì)臭氧設(shè)備、臭氧本身及其在凈水工藝應(yīng)用中的各方面特點(diǎn)的分析，對(duì)兩個(gè)流程中的后臭氧接觸采用了微氣泡擴(kuò)散接觸池，每座池內(nèi)臭分三點(diǎn)投加，總接角時(shí)間為10分分鐘，接觸水深為5.5米。對(duì)流程二中的預(yù)臭氧接觸池，考慮到原水較易使微氣泡擴(kuò)散器堵塞，采用了水射器擴(kuò)散接觸形式。接觸時(shí)間為10分鐘接觸水深5.5米。投加點(diǎn)考慮到預(yù)臭氧的作用較為單一，僅設(shè)一處。

限于場(chǎng)地條件，兩個(gè)流程中的預(yù)臭氧和臭氧和后臭氧接觸池與跌水曝氣池設(shè)計(jì)成一個(gè)整體，具體布置詳見下圖。

3、臭氧設(shè)備的選擇

對(duì)臭氧設(shè)備生產(chǎn)能力的選擇，考慮到本項(xiàng)目為科研項(xiàng)目，試驗(yàn)研究過程中將可能進(jìn)行各種投量的對(duì)比試驗(yàn)，故預(yù)臭氧的投加率設(shè)備配置按5mg/1考慮，后臭氧則按3mg/1考慮?？偟某粞踉O(shè)備能力按2.5kg/hr考慮。

臭氧發(fā)生器則選擇了法國歐宗尼亞公司的新技術(shù)設(shè)備，單位發(fā)生電耗為10～14Kwh/kgO3，產(chǎn)氣中臭氧濃度為6～10%。

氣源準(zhǔn)備系統(tǒng)考慮到本科研成果主是用于上海自來水系統(tǒng)，其臭氧應(yīng)用規(guī)模較大，故采了租用商業(yè)純氧的方式解決，在廠區(qū)內(nèi)安排一露天場(chǎng)地設(shè)備法國液化空氣上海公司的一個(gè)5立方米液氧儲(chǔ)罐，經(jīng)與儲(chǔ)罐配套的蒸發(fā)器將液氧蒸發(fā)成氣態(tài)氧后供給臭氧發(fā)生器。

摘本文以飲用水水源受污染后各種相應(yīng)的凈水工藝不斷出現(xiàn)為背景，敘述并介紹了其中的臭氧技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)及

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尾氣處置則選擇電加熱分解裝置，設(shè)在接觸池頂部，與接觸池頂?shù)奈矚馀欧殴芟噙B。

四、成果展望

經(jīng)過科研開題、開題審批及立項(xiàng)、科研方案的確定、依托工程的可行性研究、初步設(shè)計(jì)以及施工圖設(shè)計(jì)等一系列工作，目前該項(xiàng)目已完成了近一半的工作，有關(guān)依托工程的施工正在加緊實(shí)施預(yù)計(jì)到2000年底可完成工程建設(shè)及試驗(yàn)準(zhǔn)備工作。2001年初即可開始試驗(yàn)研究。對(duì)于臭氧在本試驗(yàn)工藝中的應(yīng)用程度、范圍以及具體的工藝形成和有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)、運(yùn)行指標(biāo)的確定還有待于今后的試驗(yàn)和分析的結(jié)果來得出。但筆者認(rèn)為，對(duì)臭氧在本項(xiàng)目中應(yīng)用的必性是毋庸置疑的，相信該技術(shù)的應(yīng)用一定能取得積極有益的成果。

第三篇：臭氧在自來水消毒中的應(yīng)用

臭氧在自來水消毒處理中的應(yīng)用

臭氧活性碳技術(shù)是目前國際上最先進(jìn)的自來水處理工藝，在日、美、歐等發(fā)達(dá)國家已廣泛采用，目前我國昆明，上海，嘉興，北京等地的一些自來水廠已開始采用該技術(shù)，并取得了明顯的效果。上海、杭州等地也在實(shí)施中，采用臭氧消毒處理也是水廠消毒的發(fā)展趨勢(shì)。

一、對(duì)臭氧在水處理中的應(yīng)用

20世紀(jì)90年代起，由于懷疑水中的有機(jī)物和天然物質(zhì)與氯發(fā)生反應(yīng)形成的三鹵甲烷具有致癌性，美國、日本和英國等國家也逐漸對(duì)臭氧在水處理中的應(yīng)用產(chǎn)生了興趣，并逐步在一些飲用水處理系統(tǒng)中采用或增設(shè)了臭氧處理工藝。由于臭氧比氯有較高的氧化電位，因此它比氯消毒具有更強(qiáng)的殺菌作用。對(duì)細(xì)菌的作用也比氯快，消耗量明顯較小，且在很大程度上不受PH的影響。有關(guān)資料報(bào)道，在0.45mg/L臭氧作用下，經(jīng)過2min，脊髓灰質(zhì)炎病毒即死亡；如用氯消毒，則劑量為2mg/L時(shí)需經(jīng)過3h。當(dāng)1mL水中含有274~325個(gè)大腸菌，在臭氧劑量為1mg/L時(shí)可降低在腸菌數(shù)86%；劑量為2mg/L時(shí)，水幾乎可以完全被消毒。較之傳統(tǒng)的氯消毒方法，臭氧消毒還有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）消毒的同時(shí)可改善水的性質(zhì)，且較少產(chǎn)生附加的化學(xué)物質(zhì)污染。（2）不會(huì)產(chǎn)生如氯酚那樣的臭味。

（3）不會(huì)產(chǎn)生三鹵甲烷等氯消毒的消毒副產(chǎn)物。

（4）臭氧可就地制造獲得，它只需要電能，不需任何輔料和添加劑。

(5）某些特定的用水中，如食品加工，飲料生產(chǎn)以及微電子工業(yè)等，臭氧消毒 不需要從已凈化的水中除去過剩殺菌劑的附加工序，如用氯消毒時(shí)的脫氯工序。由于臭氧在水中很不穩(wěn)定，容易分解，如接觸池口處水中剩余臭氧尚有0.4mg/L,但經(jīng)過水廠清水池的停留后，水中的剩余臭氧已完全分解，沒有剩余消毒劑的水將進(jìn)入管網(wǎng)。因此，經(jīng)過臭氧消毒的自來水通常在其進(jìn)入管網(wǎng)前還要加入少量的氯或氯胺，以維持水中一定的消毒劑剩余水平。

二、臭氧的主要特性和消毒機(jī)理

1）臭氧的主要物理、化學(xué)特性臭氧是一種高活性的氣體，通過對(duì)氧氣的放電而形成，其分子式是O3，是氧的同素異形體。臭氧最顯著的特性是具有強(qiáng)烈的氣味，臭氧的英文詞為“OZONE”，來源于希臘語，意為“味道”。在常溫常壓下，臭氧是淡藍(lán)色的具有強(qiáng)烈刺激性氣味的氣體。臭氧具有很高的氧化電位（2.076V），比氯（1.36V）高出50%以上，因此它具有比氯更強(qiáng)的氧化能力。臭氧是由氧按以下熱化學(xué)方程式形成：3O3 →2O3-69kcal 由上式可見臭氧的形成是吸熱過程,因此,臭氧分子極不穩(wěn)定,可自行分解,伴隨著分解過程全放出能量因此,臭氧比氧具有更高的活性和氧化能力。

2）臭氧氣體向水中的傳遞能力也可表示為：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)的傳遞能力=傳遞系數(shù)×交換面積×交換電位這里所指的交換 電位不僅與氣液的濃度差有關(guān)，而且與臭氧和水中物質(zhì)發(fā)生直接化學(xué)反應(yīng)的活性有關(guān)。許多實(shí)驗(yàn)表明，臭氧氣體要溶解在水中，首先必須在與之接觸的液體表面上完全擴(kuò)散進(jìn)而溶解在表面的液體中，最終擴(kuò)散到液體的內(nèi)部。因此，氣液兩相間的傳遞率主要由下列因素所決定： 1.臭氧的氧化反應(yīng)和消毒機(jī)理臭氧一經(jīng)溶解在水里，會(huì)出現(xiàn)下列兩種反應(yīng)：一種是直接氧化，它是較緩慢的且有明顯選擇性的反應(yīng)；另一種則是在水中羥基、過氧化氫、有機(jī)物、腐殖質(zhì)和高濃度的氫氧根誘發(fā)下自行分解成羥基自由基，間接地氧化有機(jī)物、微生物或氨等。后一種反應(yīng)相當(dāng)快，且沒有選擇性，另外還能將重碳酸根氧化成重碳酸和碳酸。這兩種反應(yīng)中后一種反應(yīng)更強(qiáng)烈，氧化能力更強(qiáng)。由于氫氧根和有機(jī)物等能誘發(fā)臭氧自行分解成羥基自由基，所以低ph條件下有利于臭氧直接氧化反應(yīng)，而高ph值和有機(jī)物含量高的條件下則有利于羥基自由基的間接氧化反應(yīng)。臭氧的自行分解率在很大程度上取決于ph值、溫度、UV值、臭氧濃度以及水中存在的其他可去除物。其分解速率可由余臭氧的含量來間接表示。由于重碳酸鹽和碳酸鹽（尤其是碳酸鹽）具有較強(qiáng)的緩沖性能，因此在低PH和高緩沖性能的余臭氧可維持較長(zhǎng)時(shí)間。臭氧可殺菌消毒的作用主要與它的高氧化電位和容易通過微生物細(xì)胞膜擴(kuò)散有關(guān)。臭氧能氧化微生物細(xì)胞的有機(jī)物或破壞有機(jī)體鏈狀結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致細(xì)胞死亡。因此，臭氧對(duì)頑強(qiáng)的微生物如病毒、芽孢等有強(qiáng)大的殺傷力。此外，臭氧在殺傷微生物的同時(shí)，還能氧化水中的各種有機(jī)物，去除水中的色、嗅、味和酚等。

3）臭氧在水中的溶解濃度大于氧。臭氧在水中的溶解一般遵循亨利定律。對(duì)臭氧在水中的溶解度的主要影響因素是溫度和供氣壓力。由于臭氧采用在使用現(xiàn)場(chǎng)利用空氣或氧氣就地制備，制備出來的臭氧氣體實(shí)際上是一種臭氧化氣體，屬于混合氣體，其中含有大量的空氣和氧氣。而亨利定律表示的是某一單純氣體在水中的溶解規(guī)律，所以，臭氧在水中的溶解特性除了與上述的溫度和供氣壓力有關(guān)外，還與供氣中含臭氧的濃度有關(guān)。此外，在一定的大氣壓力下，臭氧在水中的濃度與供氣中的臭氧濃度有關(guān)。雖然臭氧在水中的溶解度大于氧，但溶于水中的臭氧極不穩(wěn)定，很容易分解。

三、臭氧消毒系統(tǒng) 臭氧消毒系統(tǒng)通常有四部分組成,包括氣源制備臭氧發(fā)生接觸反應(yīng)和尾氣處理.1、按照臭氧消毒系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)，氣源制備部分是臭氧消毒系統(tǒng)中的前置系統(tǒng)，它的作用是為臭氧發(fā)生器提供所需的質(zhì)量適宜和數(shù)量足夠的氣體。氣源制備部分有各種形式可供選擇。對(duì)不同形式的氣源制備部分的選擇主要考慮的因素是供氣的規(guī)模、現(xiàn)場(chǎng)條件以及運(yùn)行能耗。臭氧發(fā)生部分是臭氧消毒系統(tǒng)中的核心，它的作用是生產(chǎn)消毒工藝所需的數(shù)量足夠臭氧氣體。它的投資約占整個(gè)臭氧消毒的60%以上，運(yùn)行能耗約占60%—80%。臭氧發(fā)生部分因臭氧發(fā)生器的形式不同而有所差異，選擇臭氧發(fā)生部分要考慮的因素主要是臭氧產(chǎn)量、設(shè)備投資以及運(yùn)行能耗。接觸反應(yīng)是臭氧消毒系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行的核心，它的作用是將由臭氧發(fā)生器發(fā)生的臭氧氣體迅速有效的擴(kuò)散到處理水中，并穩(wěn)定可靠地完成預(yù)定工藝所要求的反應(yīng)。接觸反應(yīng)形式的確定主要依賴于工藝目標(biāo)及其相應(yīng)的反應(yīng)。相對(duì)臭氧消毒系統(tǒng)其他部分而言，尾氣處理部分是相對(duì)獨(dú)立的子系統(tǒng)。它的作用是及時(shí)有效地消除尾氣中的剩余臭氧。由于臭氧的強(qiáng)氧化能力，因此它具有高腐蝕性能。通常橡膠、大多數(shù)塑料、EPDM（乙烯、丙烯共聚）、普通的鋼和鐵、銅、鋁等材料不能用于臭氧系統(tǒng)的?？捎玫牟牧现饕?16和304不銹鋼、玻璃、Hyplaon（氯磺烯化聚乙烯合成橡膠）Telon（聚四氟乙烯）以及混凝土。

2、臭氧接觸 臭氧接觸是通過一定的方式使氧氣擴(kuò)散到液體中并使之與液體全面接觸和完成預(yù)期反應(yīng)的過程.這一過程一般通過臭氧接觸器來完成。不同的工藝目標(biāo)和相同的反應(yīng)決定了接觸器的形式和接觸時(shí)間。臭氧接觸器的主要形式有：傳統(tǒng)的微氣泡擴(kuò)散接觸器、吸氣式渦輪擴(kuò)散接觸器、帶有接觸填料的密閉式接觸柱以及吸氣式水射器擴(kuò)散接觸器。對(duì)于凈水消毒而言，采用的形式主要是微氣泡擴(kuò)散和吸氣式渦輪擴(kuò)散型。臭氧接觸時(shí)間對(duì)于不同的反應(yīng)通常在1到12min之間。在需要有可靠滅病毒的場(chǎng)合，通常需要維持剩余臭氧達(dá)0.4mg/L的4min接觸時(shí)間由于水中除細(xì)菌外通常還會(huì)含有與臭氧發(fā)生快速反應(yīng)的物質(zhì)（如構(gòu)成水中色度和嗅味等物質(zhì)）。因此，消毒接觸時(shí)間一般采用10min。采用由于水中除細(xì)菌外通常還會(huì)含有與臭氧發(fā)生快速反應(yīng)的物質(zhì)（如構(gòu)成水中色度和嗅味等物質(zhì)）。因此，消毒接觸時(shí)間一般采用10min。采用微起泡擴(kuò)散消毒接觸器時(shí)，通常布置成雙格間和三格間接觸室。第一格間是為了水的化學(xué)需臭氧量（降低色和味）通常以0.4—1.0mg/L的用量和4---6min的接觸時(shí)間為基礎(chǔ)。而后續(xù)格間的功能主要是殺滅病毒，在此格間的進(jìn)口處剩余臭氧的水平至少必須有0.4mg/L,而且此格間的低部應(yīng)注入足夠的臭氧以保持這一水平達(dá)到4min的時(shí)間。后續(xù)格間臭氧的注入量通常為0.4—0.6mg/L。采用微氣泡擴(kuò)散方式時(shí)，為了保證臭氧向水中有較高的傳輸率，通常需要有至少5.5-6m的設(shè)計(jì)水深。采用吸氣式渦輪擴(kuò)散接觸器時(shí)，由于這種形式的接觸器尤如一個(gè)完整的快速混合器，為了滿足消毒所需要的時(shí)間和剩余臭氧的水平，通常需要設(shè)置停留池或采用多級(jí)布置方式。由于渦輪機(jī)具有使臭氧氣體與水高效混合的優(yōu)點(diǎn)，因此，這種接觸器的設(shè)計(jì)水深不需要很深。

3、尾氣處理 當(dāng)臭氧與水在接觸器內(nèi)接觸后，從接觸器排氣管排出的氣體中仍含有一定的殘余臭氧，這些含有殘余的臭氧的氣體被稱之為臭氧尾氣。尾氣中殘余臭氧的量隨臭氧同水的接觸方法和處理水中維持的臭氧濃度有關(guān)，一般約占臭氧總投量的1%-5%?？諝庵幸欢舛鹊某粞鯇?duì)人的機(jī)體有害。人在含臭氧1/100萬的空氣中長(zhǎng)期停留，會(huì)引起易怒、感覺疲勞和頭疼等不良癥狀。而在較高的溫度下，除這些癥狀外還會(huì)增加惡心、鼻子出血和眼粘液膜發(fā)炎。經(jīng)常受臭氧的毒害會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的疾病。為了保護(hù)環(huán)境空氣，要求空氣中臭氧的極限允許濃度為0.1mg/m3因此，除了少數(shù)特定場(chǎng)合允許利用大氣的稀釋能力解決尾氣處置外，一般情況富含臭氧的尾氣不得直接排放，必須通過剩余臭氧的破壞來加以處置。尾氣處置的方法通常有回用法、加熱分解法、化學(xué)消減法、催化分解法以及稀釋法。

收集整理：郝俊

2013年10月14日 秦皇島展坤消毒設(shè)備有限公司

第四篇：淺談統(tǒng)計(jì)學(xué)在工程中的應(yīng)用

淺談統(tǒng)計(jì)學(xué)在工程中的應(yīng)用

統(tǒng)計(jì)學(xué)在數(shù)學(xué)，工程，物理科學(xué)，投資等領(lǐng)域都有著重要的作用，我們現(xiàn)在的工程中也有統(tǒng)計(jì)學(xué)應(yīng)用的例子。這篇文章將從我們都很熟悉的《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范2000版》內(nèi)截取一例，以及在工程資料和預(yù)應(yīng)力計(jì)算方面統(tǒng)計(jì)學(xué)的應(yīng)用來說明統(tǒng)計(jì)學(xué)在工程方面的應(yīng)用。

《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范2000版》第199頁附錄F-4 混凝土配

n制強(qiáng)度計(jì)算里面應(yīng)用如下公式RP=R+1.645σ（1）, σ=（2）。

?Ri?12i?nRn2n?1公式（2）取自樣本標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算公式，（注意：因?yàn)榛炷猎嚰H僅是混凝土結(jié)構(gòu)總體的樣本，故規(guī)范采用的是樣本標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算公式，而

n不是總體標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算公式：σ=

?Ri?12i?nRnn2）。

而公式（1）為何以混凝土強(qiáng)度等級(jí)加1.645σ，這個(gè)公式到底包含的怎樣的內(nèi)容，以下做簡(jiǎn)略介紹：

我們配置混凝土，要求其至少達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，這樣，混凝土的強(qiáng)度就成為一個(gè)數(shù)學(xué)期望值為設(shè)計(jì)強(qiáng)度R，分布幅度為σ的正態(tài)分布f(x)=1?(x??)2?22?2?e其中μ為設(shè)計(jì)強(qiáng)度，x為混凝土樣本的強(qiáng)度。如圖：

yμx

圖1 其中陰影部分面積表示的是大于等于混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度μ的混凝土樣本，這樣就存在了一個(gè)問題：如果我們按照設(shè)計(jì)強(qiáng)度配制混凝土，那么，很容易發(fā)現(xiàn)，配制的混凝土大于設(shè)計(jì)強(qiáng)度和小于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的概率均為50%，無法保證混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，于是，我們?nèi)藶樘岣呋炷恋臄?shù)學(xué)期望值為μ+1.645σ如圖2：

y以設(shè)計(jì)強(qiáng)度配制的混凝土強(qiáng)度分布曲線以提高后的強(qiáng)度配制的混凝土強(qiáng)度分布曲線μμ+1.645σx

由圖可見，當(dāng)按提高后的強(qiáng)度的配置的混凝土樣本強(qiáng)度保證率由原來 的50%，提高到了???。那么提高f(x?1.645?)d(x)（圖中陰影部分面積）了1.645σ的混凝土樣本有多大的保證率呢，換句話說也就是圖中陰影部分面積到底是多少呢。

1、查標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布表1.64的概率為0.9495,1.65的概率為0.9505，內(nèi)插可知1.645的概率為0.95，2、使用定積分計(jì)算???f(x?1.645?)d(x)=

??f(x)d(x)輸入5800或4850

??1.645?計(jì)算器，其中σ和μ可以任意取值，本人用5800計(jì)算器σ=3，μ=30，計(jì)算結(jié)果為0.9500，（使用計(jì)算器驗(yàn)算時(shí)需要注意∞取值由于計(jì)算器硬件原因不宜取值過大，否則不能計(jì)算出結(jié)果，同時(shí)由于正態(tài)分布曲線的規(guī)律，在x較大的情況下?著）

從以上的分析可以得出結(jié)論：按照R+1.645σ配制的混凝土能夠達(dá)到R的概率為95%。

在統(tǒng)計(jì)學(xué)也能應(yīng)用在工程資料方面，例如辨別資料造假?，F(xiàn)在的現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)檢資料基本都由技術(shù)員在辦公室完成，很少實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量后填入實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，比如鋼筋間距，對(duì)于胡亂填寫在規(guī)范范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，一組兩組也許不能說明問題，看不出是否真實(shí)（不包括明顯的日期，時(shí)間，數(shù)據(jù)是否合理）。但是，當(dāng)大量的數(shù)據(jù)匯總后，這些數(shù)據(jù)就是一組樣本，例如鋼筋間距的相對(duì)值（也就是我們說的正負(fù)誤差）是滿足數(shù)學(xué)期望值為0，σ為鋼筋間距樣本標(biāo)準(zhǔn)差的正態(tài)分布曲線，因此，當(dāng)我們通過樣本的統(tǒng)計(jì)，繪制出曲線后，我們可以將樣本與樣本曲線

f(x??x)d(x)-?f(x)d(x)差值并不顯

比對(duì)，如下圖：

-1-2-30123這是合理的間距分布圖，而下圖是不合理的間距分布圖。

-1-2-30123在將來的質(zhì)量事故調(diào)查中，辨別檢查數(shù)據(jù)的真假也許可以引入統(tǒng)計(jì)學(xué)的知識(shí)，幫助工程管理人員發(fā)現(xiàn)問題。

在預(yù)應(yīng)力張拉施工過程中，計(jì)算千斤頂油表的讀數(shù)也有統(tǒng)計(jì)學(xué)的應(yīng)用在里面，首先我們知道油表讀數(shù)與張拉力是一次線性相關(guān)的，于是我們建立了Y=aX+b(Y是油表讀數(shù)，X是張拉力)的回歸方程，當(dāng)試

驗(yàn)室使用千斤頂達(dá)到各階段的壓力時(shí)，記錄下油表讀數(shù)對(duì)應(yīng)的張拉力，如下圖：

油表讀數(shù)樣本yx=a+b千斤頂壓力

取得一系列樣本后，用最小二乘法計(jì)算出相關(guān)系數(shù)a和常數(shù)b（現(xiàn)在可以使用4850或5800計(jì)算器的DATA功能很方便的求出），利用這個(gè)方程，我們便可以方便的求出在任何壓力下，油表的讀數(shù)值。

本文僅僅從工程技術(shù)的幾個(gè)小方面淺談了一下統(tǒng)計(jì)學(xué)的應(yīng)用，只要我們?cè)诠ぷ髦胁还庵酪鯓幼?，還能仔細(xì)去想想為什么這樣做，那么我們一定會(huì)發(fā)現(xiàn)在工程中滲透著各種各樣的分支學(xué)科。工程并不是像某些人所說的那樣只憑經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)驗(yàn)只是個(gè)人的工作總結(jié)，而書本上的知識(shí)則是大量前人的工作總結(jié)。希望本文對(duì)各位工程技術(shù)人員有幫助。

第五篇：plc在水廠加氯自控系統(tǒng)中的應(yīng)用

PLC在水廠加氯自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1引言

隨著水廠“無人值守”工作的不斷開展，對(duì)城市凈水處理控制系統(tǒng)提出了更高的要求。計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的飛速發(fā)展對(duì)于水廠控制系統(tǒng)無論在結(jié)構(gòu)上還是功能上，都提供了一個(gè)廣闊的發(fā)展空間。水廠自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)該成為一個(gè)集計(jì)算機(jī)、控制、網(wǎng)絡(luò)以及多媒體為一體的綜合系統(tǒng)，其中加氯系統(tǒng)的控制在整個(gè)水廠中的地位顯得尤為重要，因?yàn)槠浒踩?、高效運(yùn)行直接影響到水廠的供水質(zhì)量，結(jié)合本人工作實(shí)際，現(xiàn)就 rockwell automation 的基于plc的controllogix系統(tǒng)在水廠加氯系統(tǒng)中的應(yīng)用作些探討。

2控制系統(tǒng)解決方案

水廠加氯系統(tǒng)的主要包括氣源供給與壓力切換、氯氣投加、余氯分析、漏氯檢測(cè)和吸收等四部分，典型工藝流程如圖1所示。

圖

1某水廠加氯系統(tǒng)工藝流程圖

水廠加氯對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求就是：可以遠(yuǎn)程集中監(jiān)控生產(chǎn)情況(現(xiàn)場(chǎng)無人值班)，并能自動(dòng)進(jìn)行投加調(diào)整，保證水廠出水余氯符合控制指標(biāo)要求；能對(duì)設(shè)備故障、生產(chǎn)異常等進(jìn)行報(bào)警和緊急處理，確保安全生產(chǎn)。另外，從控制系統(tǒng)方面考慮，應(yīng)滿足集成化、控制靈活、安全可靠、可維護(hù)性、可擴(kuò)展性、開放性等特點(diǎn)。

在選擇控制系統(tǒng)方案時(shí)，可根據(jù)水廠加氯系統(tǒng)設(shè)備的實(shí)際特點(diǎn)和其對(duì)控制系統(tǒng)的功能要求，進(jìn)行考慮。宜采用集散型控制系統(tǒng)，由廠級(jí)中央監(jiān)控工作站和現(xiàn)場(chǎng)分散控制站組成全廠工業(yè)控制網(wǎng)，加氯現(xiàn)場(chǎng)控制站與中央調(diào)度計(jì)算機(jī)之間的通訊采用以通訊光纖為介質(zhì)的高速工業(yè)以太網(wǎng)。這里我們以在眾多水廠廣泛采用的rockwell automation的新一代控制平臺(tái)controllogix為例進(jìn)行討論，因?yàn)樗且环N把i/o邏輯順序控制和伺服運(yùn)動(dòng)控制集成在一起的plc控制系統(tǒng)。controllogix系統(tǒng)由通信模塊、模擬量輸入/輸出模塊、處理器模塊等組成，各模塊之間通過機(jī)架背板進(jìn)行通信，組網(wǎng)和編程都比較方便。

水廠自控系統(tǒng)的組成如圖2所示(虛線框內(nèi)是加氯系統(tǒng)控制部分)。

圖

2某水廠自控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

從圖中我們看到，自控系統(tǒng)主要包括：

(1)plc現(xiàn)場(chǎng)控制站(例如加氯控制站)：主要功能是數(shù)據(jù)采集和控制輸出，即實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程i/o模塊和通訊的功能，它主要包括模擬輸入模塊、數(shù)字輸入模塊、數(shù)字輸出模塊、以及通訊模塊。

(2)主plc控制站：主要功能是通過預(yù)先編制好的控制程序，采用rsview32監(jiān)控軟件來完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制站i/o模塊所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、運(yùn)算并相應(yīng)的輸出結(jié)果。

(3)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)：controllogix系統(tǒng)通過enet模塊，來實(shí)現(xiàn)在以態(tài)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)傳遞，實(shí)現(xiàn)上下位機(jī)通訊；現(xiàn)場(chǎng)控制站之間通過cbnr通訊模塊，完成controlnet控制網(wǎng)絡(luò)的通訊功能。功能實(shí)現(xiàn)

3.1數(shù)據(jù)采集/處理功能

采集的信號(hào)主要有氯瓶重量、加氯機(jī)氯氣投加量、漏氯報(bào)警、加氯機(jī)開/停狀態(tài)；加氯機(jī)手/自動(dòng)狀態(tài)、加氯機(jī)故障、氯路瓶切換及電動(dòng)球閥工作狀態(tài)；空瓶信號(hào)檢測(cè)等。

3.2主要控制功能

(1)實(shí)現(xiàn)工藝要求：真空加氯系統(tǒng)分為前加氯和后加氯系統(tǒng)。前加氯按比例流量投加，后加氯采用流量比例與余氯信號(hào)雙因子復(fù)合控制投加。加氯機(jī)所需的流量信號(hào)由超聲波流量計(jì)、余氯信號(hào)由余氯分析儀分別經(jīng)plc在線檢測(cè)輸入至加氯機(jī)。氯庫裝有電子秤和自動(dòng)切換單元，當(dāng)接到“空瓶”信號(hào)后，自動(dòng)進(jìn)行氣路切換提示換瓶。同時(shí)裝有泄漏報(bào)警儀，當(dāng)氯氣泄漏時(shí)，通過檢測(cè)泄漏報(bào)警信號(hào)經(jīng)plc系統(tǒng)可自動(dòng)打開排氣扇、啟動(dòng)漏氯吸收裝置，并且會(huì)自動(dòng)關(guān)閉所有加氯系統(tǒng)等待故障處理。系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)加氯機(jī)的備用切換。

(2)控制方式：系統(tǒng)分現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制、控制室遠(yuǎn)控和自動(dòng)控制3種控制方式，由現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)換開關(guān)位置(或加氯機(jī)手柄狀態(tài))設(shè)定。現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制用于在自動(dòng)控制系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)、或plc停機(jī)、電氣設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)、或現(xiàn)場(chǎng)處理緊急事故時(shí)，最具優(yōu)先權(quán)。遠(yuǎn)控控制為滿足安全生產(chǎn)要求，進(jìn)行單臺(tái)設(shè)備的啟/停，不影響其它任何設(shè)備的狀態(tài)。自動(dòng)控制方式下，plc對(duì)加氯工藝流程進(jìn)行順序控制、聯(lián)鎖控制、故障聯(lián)鎖控制、生產(chǎn)過程控制等功能。控制系統(tǒng)對(duì)違反工藝的誤操作有識(shí)別功能，不予執(zhí)行；對(duì)每臺(tái)電氣設(shè)備設(shè)計(jì)故障聯(lián)鎖控制功能；系統(tǒng)根據(jù)工藝要求，實(shí)現(xiàn)加氯流程中電氣設(shè)備及控制參數(shù)之間的全自動(dòng)聯(lián)鎖控制(加氯機(jī)硬手操、軟手操聯(lián)鎖控制；自動(dòng)切換裝置控制兩氯瓶源的電動(dòng)球閥聯(lián)鎖控制；漏氯吸收裝置和加氯機(jī)的聯(lián)鎖控制)。

(3)生產(chǎn)過程控制：前加氯scu流量配比控制器根據(jù)plc從原水流量計(jì)處采集的4～20ma流量信號(hào)，經(jīng)運(yùn)算處理同樣提供一個(gè)4～20ma的比例輸出，來控制一個(gè)帶傳感器的電動(dòng)馬達(dá)，對(duì)加氯機(jī)投加閥桿進(jìn)行調(diào)整。輸入信號(hào)可用流量系數(shù)來按比例變化，輸出可通過劑量系數(shù)來按比例變化。控制輸出如下確定：控制輸出＝(輸入信號(hào))*(劑量系數(shù))*(流量系數(shù))。這里系數(shù)的設(shè)定可以根據(jù)工藝控制要求和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)合理設(shè)置。通過scu電路板上的兩個(gè)繼電器，開啟馬達(dá)增加或減小，使馬達(dá)控制的傳感器設(shè)置等于控制輸出。同時(shí)反送電位器給出一個(gè)信號(hào)給plc，從而在上位機(jī)上可以遠(yuǎn)程監(jiān)控加氯機(jī)的開啟度，獲得實(shí)時(shí)投加流量。如果輸入流量信號(hào)下降到3ma之下，scu就發(fā)出無流量報(bào)警，并且驅(qū)動(dòng)傳感器到0位，關(guān)閉加氯機(jī)。

后加氯用pcu復(fù)合環(huán)控制器。它是雙信號(hào)前饋控制，一個(gè)流量信號(hào)和一個(gè)余氯信號(hào)由plc提供給控制器，根據(jù)水的流量隨時(shí)對(duì)傳感器的位置進(jìn)行調(diào)整(同scu)，同時(shí)plc把余氯分析儀的反饋信號(hào)給pcu，并與設(shè)定好的余氯值進(jìn)行比較，經(jīng)過一定的滯后時(shí)間后作出調(diào)節(jié)，直到實(shí)際值和設(shè)定值符合為止(類似pid調(diào)節(jié))。工作原理如圖3所示。

圖

3對(duì)后加氯進(jìn)行控制的pcu工作原理圖

3.3 管理功能

控制系統(tǒng)具有各種操作功能，如自動(dòng)操作/遙控/手動(dòng)切換操作，操作員登錄操作、“權(quán)限”操作等，并有誤操作保護(hù)功能。具有顯示功能，按工藝流程分畫面、分系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示和監(jiān)視各流程的運(yùn)行工況，通過動(dòng)態(tài)、變色、閃爍、數(shù)字、棒圖及曲線的方式實(shí)時(shí)監(jiān)視各電氣設(shè)備、工藝參數(shù)的工況，界面友好、全中文信息，便于操作和使用。對(duì)被測(cè)工藝參數(shù)設(shè)有實(shí)時(shí)/歷史趨勢(shì)功能，對(duì)重要電氣設(shè)備的啟/停、重要操作設(shè)有記錄功能，還具有報(bào)警功能和打印生產(chǎn)報(bào)表，及歷史儲(chǔ)存功能。圖4就是水廠加氯間運(yùn)行的rsview32監(jiān)控畫面。

圖

4加氯系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控畫面 結(jié)束語

本控制系統(tǒng)在某水廠已經(jīng)安全穩(wěn)定地運(yùn)行六年多了，整個(gè)系統(tǒng)安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，操作方便、易于編程、維護(hù)。運(yùn)行結(jié)果表明rockwell automation的基于plc的controllogix系統(tǒng)能充分滿足水廠加氯系統(tǒng)的控制要求，在全自動(dòng)運(yùn)行方式下設(shè)備操作正確無誤，數(shù)據(jù)采集與通訊正常，系統(tǒng)可靠性高，上位機(jī)監(jiān)控方便，各項(xiàng)性能滿足水廠工藝控制要求，同時(shí)減少了運(yùn)行值班人員工作量、降低了生產(chǎn)成本，為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化水廠“無人值守”的運(yùn)行管理模式創(chuàng)造了條件。

作者簡(jiǎn)介

劉淑明(1977-)

男

工程師，畢業(yè)于山東工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化工程系，現(xiàn)供職于煙臺(tái)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)自來水公司，從事水廠自動(dòng)化研究與應(yīng)用工作。

參考文獻(xiàn)

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