（化学工程专业论文）饮用水臭氧化工艺研究与接触池流场模拟.pdf

天泮大学硕十学位论文摘要 摘要 饮用水臭氧化技术在我国水处理方面已逐渐被广泛采用，但是关于臭氧化 水处理技术的研究还有待完善，为了使该技术在水处理中得以更好的应用，迫切 需要对该项技术作进一步深入的研究。本论文针对臭氧化技术在饮用水处理中的 应用，主要研究了臭氧预氧化、臭氧高锰酸钾复合预氧化、中间预氧化、溴酸 盐生成规律和控制以及臭氧接触池的流场模拟。 研究分析表明，臭氧预氧化对u v 2 5 4 、c o d m 。有很好的去除效果。随着臭 氧投加量的增加，大分子有机物被氧化成小分子有机物，导致颗粒数有升高趋势。 同时，由于臭氧对不饱和键的破坏作用，进而也达到了降低色度的效果。在氨氮 方面，臭氧可使水中的有机氮被氧化，从而导致氨氮的浓度升高，研究发现预臭 氧化与氨氯变化之间的定量关系为x n h 3 = 0 1 4 2x0 3 + o 0 1 2 m g l ，氨氮变化的 极限值 n i t 3 一= o 2 0 2 m g l 。 同时，本论文对臭氧高锰酸钾复合预氧化进行了研究，不同的投加方式实 验发现，先投加高锰酸钾在投加臭氧的投加方式，处理效果要优于其它几种投加 方式。同时复合预氧化可以明显提高藻类的去除效果( 去除率达到8 8 ，6 ) 。对 消毒副产物总去除效率分别达到3 1 9 ( h a a f p ) 和1 7 3 ( t h m f p ) ，高于单独预 氧化的去除率。另外，由于复合预氧化降低了臭氧投加量，因此明显的降低a o c 和溴酸盐的生成量，同时也对复合预氧化影响因素进行了研究分析。 在复合预氧化的基础上提出了中间预氧化工艺。试验研究发现，经过中问 预氧化后，增强了砂滤柱的过滤效果，浊度和颗粒数都有明显下降趋势，而且随 着臭氧量的增加而提高。同时，中间预氧化工艺也能够降低滤后水中的t o c 。 此外，论文还对深圳水源溴离子污染作了调查，并研究分析了它们随地理位 置和季节的变化规律。同时通过臭氧单点和多点投加方式的对比试验研究，得出 多点投加可以很大程度上降低溴酸盐生成量的结论，使溴酸盐的生成量减少l 乃。 论文的最后通过使用f l u e n t 模拟软件对臭氧接触消毒池进行了流场的模 拟，模拟结果发现接触池在设计上存在着严重的短流、死区等缺欠，没有很好的 达到消毒效果。依据模拟的结果，针对设计上的不足，论文提出了相应改进的各 天泮人学硕十学何论文摘要 种具体措施，以达到接触池整体优化和最佳消毒效果的目的。 关键词：水处理臭氧预氧化复合预氧化中间预氧化溴酸盐模拟 大泮人学硕十学付论文 尚要 a b s t r a c t o z o n et e c h n o l o g yh a sb e e nw i d e l yu s e di nw a t e rt r e a t m e n ti no u rc o u n t r y , b u tt h e r e s e a r c ha b o u ti ti sn o tm a t u r e f o rt h eb e t t e ra p p l i c a t i o no fi t ，t h i sp a p e rs t u d yt h e o z o n a t i o n t e c h n o l o g y f u r t h e r p u t e m p h a s i s o nt h es t u d i e so fp r e o z o n a t i o n ， 0 3 k 1 v n 0 4c o m p l e xp r e o x i d a t i o n ，m i d d l i n gp r e o x i d a t i o n ，c o n t r o la n df o r m a t i o no f b r o m a t e ，s i m u l a t e dt h em o d e lo fd i s i n f e c t i o ne o n t a c t o r t h er e s u l t so fs t u d ys h o wt h a tp r e - o z o n a t i o nh a sag o o de f f e c to nt h er e m o v a lo f u v 2 5 4 、c o d m n a l o n gw i t ht h ei n c r e a s eo f o z o n ed o s e ，m a c r o m o l e c u l eo r g a n i c sa r e o x i d i z e da n dd e c o m p o s e d ，l e a dt h ei n c r e a s eo fp a r t i c l e sn u m b e r a tt h es a n q et i m e ， b e c a u s eo ft h eo x i d a t i o no fo z o n e ，u n s a t u r a t e db o n da r ed e s t r o y e d ，s ot h ec h r o m a t i c v a l u eo fd r i n k i n gw a t e ri sd e c r e a s e d i nt h em a t t e ro fa m m o n i a ，o r g a n i cn i t r o g e na r e o x i d i z e da n dr u mi n t oa m m o n i a t h er e l a t i o nb e t w e e no z o n ed o s ea n da m m o n i ai s x n i - 1 3 = 0 1 4 2 x 0 3 + 0 0 1 2 ( m g l ) ，t h el i m i t i n gv a l u eo fa m m o n i at r a n s f o r m a t i o ni s n h 3 】r e , x = 0 2 0 2 m g l t h i sp a p e ra l s os t u d yt h e0 3 k 1 v f u 0 4c o m p l e xp r e o x i d a t i o n b yt h ee x p e r i m e n t a l s t u d y , w ef i n dt h a ti n j e c tk m n 0 4b e f o r e0 3i sag o o dw a y , e f f e c to ft r e a t m e n ta r e b e t t e rt h a nt h eo t h e rw a y s a l g a e ，h a a f pa n dt h m f pr e m o v a le f f i c i e n c ya r e8 8 6 ， 31 9 a n d17 3 r e s p e c t i v e l y a tt h es a m et i m e b e c a u s eo ft h ed e c r e a s eo fo z o n e d o s e ，t h eq u a n t i t yo f b r o m a t ea n da o c a r ea l s od e c r e a s e d b a s e do nt h eo j k m n 0 4 c o m p l e xp r e o x i d a t i o nt e c h n o l o g y , p u tf o r w a r dan e w t r e a t m e n tp r o c e s st h a ti sn a m e dm i d d l i n gp r e - o x i d a t i o n ，f r o mt h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t s ， w ef i n dt h a tt h i st e c h n o l o g yc a ns t r e n g t h e nt h ee f f i c i e n c yo fs a n df i l t e r ，t u r b i d i t y , t o c a n dp a r t i c l en u m b e ra r ec l e a r l yr e d u c e d b e s i d e st h es t u d i e sa b o v e ，ic a r r i e do u tai n v e s t i g a t i o no fb r o m a t ei ns h e n z h e n ， g u a n g d o n gp r o v i n c e ，c h i n a ，m a da n a l y z e dt h ev a r i a t i o no f b r o m a t ew i t hp o s i t i o na n d s e a s o n b yt h ec o m p a r a t i v ee x p e r i m e n t sw ef i n dt h a tm u l t i p o i n ti n e c t i o no f z o n ec a n c o n t r 0 1t h ef o r m a t i o no f b r o m a t e a n dm a k et h ef o r m a t i o no f b r o m a t ed e c r e a s el 3 天津大学硕士学位论文摘要 a tt h ee n do ft h i sp a p e r , o z o n a t i o nc o n t a c t o rw a ss i m u l a t e db yf l u e n t ，t h e r e s u l t so fs i m u l a t i o ns h o wt h a tt h ed e s i g n e dc o n t a c t o rh a sm a n yd e f e c t s ，s u c ha sd e a d z o n e ，s h o r tf l o wa n ds oo n o nt h eb a s eo fs i m u l a t i o n ，t h i sp a p e rp u tf o r w a r ds o m e c o r r e s p o n d i n gm e a s u r e s ，o p t i m i z et h ed e s i g no f c o n t a e t o rf o rb e t t e rd i s i n f e c t i o n k e yw o r d s ：w a t e rt r e a t m e n t ，p r e o z o n a t i o n ，c o m p l e xp r e - o x i d a t i o n ，m i d d l i n g p r e o x i d a t i o n ，b r o m a t e ，s i m u l a t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得鑫洼盘鲎或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中 作了明确的说明并表示了谓| 意。 学位论文作者签名：签字目期：埘年工月汐日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨洼盘茎有关保留、使用学位论文的规定。 特授权盔盗盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：导师签名香。幸 签字日期：2 哼年二月彦日 签字日期：j f 年月k 同 天津人学硕士学位论文本论文创新由 本论文的创新点 臭氧预氧化和臭氧接触消毒池是水处理过程的关键环节，本文作者针对这 一问题并在前人工作的基础上，进行了认真的研究，并提出了新的见解。纵观全 文，本文的创新点主要表现在以下四个方面： 在继续臭氧预氧化研究的基础上提出了臭氧高锰酸钾复合预氧化工艺，通 过对工艺特性的试验研究和常规指标的处理效果分析，先投加高锰酸钾在投加臭 氧这种复合预氧化明显优于臭氧单独预氧化。不仅增强对常规指标的处理效果， 提高预氧化的助凝效果，同时，也提高了对藻类和消毒副产物的去除率，还有效 地控制了溴酸盐的生成。 在复合预氧化的基础上又进一步提出了中间预氧化工艺，增强了砂滤柱的 过滤效果，有效降低了滤后水的浊度、颖粒数和t o c 量。 对于溴酸盐的控制打破以往的单点投加方式，进行多点投加方式试验研究， 实验研究结果表明，臭氧的多点投加可使溴酸盐的生成量减少1 3 ，改善臭氧预 氧化过程中一直带来的溴酸盐的困扰。 另外，本论文首次将c f d 模拟软件运月到水处理过程中，并对接触消毒池 进行了模拟研究，找出设计上的不足和缺欠，提出进一步优化和改进的措施。 天津大学硕士学位论文第一章绪论 1 1 饮用水资源与污染 第一章绪论 1 1 1 水资源 水是不可代替的自然资源，它是生命的源泉，在经济发展和人类生活中占有 重要的位置。水资源和水源污染已经成为当今世界最重要的资源环境问题，世界 各国纷纷加强了对水资源的研究、开发、利用以及保护。 对水资源( w a t e rr e s o u r c e s ) 的定义，随着人类社会的进步，其内涵也不断 变化，这个变化反映了人类文明的进步以及人类文明进步带来的副产物环境 污染。大不列颠大百科全书定义水资源为“全部自然界任何形态的水，包括 气态水、液态水、和固态水的总量”。1 9 6 3 年英国的水资源法对水资源的描 述为：地球上具有足够数量的可用水。这两个定义方式仅仅从量的角度描述了水 资源。随着水环境污染的问题的暴露，联合国教科文组织( u n e s c o ) 和世界气 象组织( w m 0 ) 共同制订的水资源评价活动国家评价手册，在其中定义 水资源为“可以利用或有可能被利用的水源，具有足够数量和可用的质量，并能 在某一地点为满足某种用途而可被利用”。这个定义突出强调了水资源的两个方 面：即水量和水质，同时为人类认识水环境污染敲响了警钟。 随着人类的进步、科学的发展、人口和消费的剧增以及环境污染的日趋严重， 出现了全球性的水资源危机。1 9 7 7 年联合国曾向全世界发出警告：“水将成为一 种严重的社会危机”。水危机是以水资源短缺和水环境污染为标志的。 1 1 2 水资源短缺 地球上淡水仅占地球总水量的2 7 ，而淡水中能够被人类开采利用的只有 o 2 。在世界上有十多亿人缺少足够可以利用的水资源。联合国在对世界范围内 的水资源状况进行分析研究后发出警报：“世界缺水将严重制约下个世纪世界经 济的发展，可能导致国家间的冲突”。同时指出，全球已有l 4 的人口面临着一 场为得到足够的饮用水、灌溉用水和工业用水而展开的争斗。预测“到2 0 2 5 年， 1 天津大学硕l 学位论文第章绪论 1 1 饮用水资源与污染 1 1 1 水资源 第一章绪论 水是不可代替的自然资源，它是生命的源泉，在经济发展和人类生活中占有 重要的位置。水资源和水源污染已经成为当今世界最重要的资源环境问题，世界 各国纷纷加强r 对水资源的研究、开发、利用以及保护【jj 。 对水资源( w a t e rr e s o u r c e s ) 的定义，随着人类社会的进步，其内涵也不断 变化这个变化反映了人类文明的进步以及人类文明进步带来的副产物环境 污染。大不列颠大百科全书定义水资源为“全部自然界任何形态的水，包括 气态水、液态水、和固态水的总量”。1 9 6 3 年英国的水资源法对水资源的描 述为：地球上具有足够数量的可用水。这两个定义方式仅仅从量的角度描述了水 资源。随着水环境污染的问题的暴露，鞋合国教科文组织( u n e s c o ) 利世界气 象组织( w m o ) 共同制订的水资源评价活动国家评价手册，在其中定义 水资源为“可以利用或有可能被利用的水源，具有足够数量和可用的质量，并能 在某一地点为满足某种用途而可被利用”。这个定义突出强调了水资源的两个方 面：即水量和水质，同时为人粪认识水环境污染敲响了警钟。 随着人类的进步、科学的发展、人口和消费的剧增以及环境污染的日趋严重， 出现了全球性的水资源危机。1 9 7 7 年联合国曾向全世界发出警告：“水将成为一 种严重的社会危机”。水危机是以水资源短缺和水环境污染为标志的。 1 1 2 水资源短缺 地球上淡水仅占地球总水量的2 7 ，而淡水中能够被人类开采利用的只有 02 。在世界上有r 多亿人缺少足够可以利用的水资源。联合国在对世界范围内 的水资源状况进行分析研究后发出警报：“世界缺水将严重制约下个世纪世界经 济的发展可能导致国家问的冲突”。同时指出，全球已有l 4 的人口面临着一 场为得到足够的饮用水、灌溉用水和工业用水而展开的争斗。预测“到2 0 2 5 年， 场为得到足够的饮用水、灌溉用水和工业用水而展开的争斗。预测“到2 0 2 5 年， 天津大学硕士学位论文第一章绪论 全世界将有2 3 的人口面临严重缺水的局面”。统计结果表明【2 , 3 , 4 1 ，从1 9 0 0 年到 1 9 7 5 年，世界人口大约翻一番，年用水量则增长了约6 5 倍( 由4 0 0 k i n 3 增加到 3 0 0 0 k m 3 ) 。其中农业用水约增加了5 倍，城市生活用水约增长1 2 倍，工业用水 约增了2 0 倍。在我国，改革开放以后，经济迅速发展，用水量急剧增加。虽然 我国淡水总储量达2 8 万亿m 3 ，居世界第六位，但人均年储量仅为2 7 3 0 m 3 ，不 及世界人均占有量的1 4 ，属于轻度缺水地区。我国可取用的淡水资源总量为 8 0 0 0 9 5 0 0 亿m 3 ，约为总储量的l 3 左右。1 9 9 7 年的用水总量已达5 6 0 0 亿m 5 ， 若按水资源可取用量8 0 0 0 亿m 3 计，使用率己达7 0 ，正在向极限逼近，形式 十分严峻。目前，在我国现有的6 6 8 个城市中约有一半缺水，其中1 0 8 个城市严 重缺水，局部地区己处于极度缺水，这些地区的人均水资源占有量只有全国人均 值的1 6 1 8 ，带来的经济损失不亚于洪涝灾害。 1 1 3 水资源污染 地球上水的循环，可分为水的自然循环和水的社会循环。水的社会循环是指 人类从自然水体取水供生产和生活使用，然后将使用后受污染的水体经过适当处 理后，在排回天然水体。在水的社会循环过程中，由于循环水量的不断增大，排 入水体的废弃物的不断增多，一旦超出了水体的自净能力( 一般天然水体都是一 个生态系统，对排入的废弃物有一定的净化能力，称为水体的自净能力) ，水质 就会恶化，从而使水体遭到污染。估计今后2 5 3 0 年内，全世界污水量将增加1 4 倍。特别是在第三世界国家，污水、废水基本不经过处理就直接排入地表水体， 造成水质日趋恶化。近些年来，我国的水源污染问题已迫在眉睫。据国家环境保 护总局发布的( ( 2 0 0 1 年中国环境状况( 水资源) 中的数据“2 0 0 1 年度七大水系 检测”的7 5 2 个重点断面中，i i 类水质占2 3 4 ，i v 类水质占1 7 7 ，v 类 和劣v 类水质占5 2 8 1 5 1 。其实，水环境污染的受害者首先是人类自身。据卫生 学者估计，目前世界上有1 4 人1 2 1 患病是由水污染引起的。污染物随着水体进入 人体，损害人体的身心健康。仅癌症死亡率增加造成的损失就达g d p 的l ， 内分泌干扰物也使人类生殖能力下降了一倍，对人类生殖繁衍构成威胁p j 。 饮用水水源的污染，不仅影响了饮用人群的身体健康，而且制约了国民经 济的发展。因此，提高净水技术的研究和应用水平，实施水资源的可持续发展是 至关重要的。 天津人学硕十学位论文第一章绪论 1 2 饮用水除污染技术现状 饮用水除污染技术是随着水体污染的不断变化逐渐发展和完善的。十九世 纪，欧美的一些城市针对由于水源污染而引起的一些传染疾病，发展了过滤净水 技术。到了二十世纪，净水技术由单一的过滤逐步完善为混凝、沉淀、过滤和消 毒的常规净水工艺流程。七十年代以来，饮用水除污染技术在各国得到了推广和 应用。纵观近年来的研究成果，饮用水除污染方法主要有强化常规工艺，以及在 传统常规工艺基础上发展而来的物理吸附、化学氧化和生物氧化，而膜技术在未 来会有广阔的发展前景。 1 2 1 强化常规工艺 强化常规工艺包括强化混凝技术和过滤强化技术。主要是通过在投加无机混 凝剂的基础上增加有机高分子助凝剂投药系统、调整混凝过程的水力学条件和反 应时间等，以及针对水质状况进行滤料粒径优化和过程控制等来实现常规工艺的 强化，最大限度地挖掘现有常规工艺的净水能力。与其它工艺相比，强化常规工 艺具有投资省，运行费用低等特点，更适于对原有系统的改造，但对有机物的去 除效果相对较差( 7 1 。 1 2 2 物理吸附 物理吸附是目前去除水中有机物最基本的手段，去除率高，设备和操作简单。 在国内外研究和应用比较成熟的吸附剂主要是活性炭8 1 。它具有很好的孔隙结 构，其直径小于4 9 m 的微孔的表面积占整个表面积的9 5 以上，比表面积约为 5 0 0 1 0 0 0 m 2 g 。活性炭对t o c 的去除率大约为2 0 3 0 ，同时，对有机物和异 味也有很好的去除效果。但活性炭吸附工艺具有一定的局限性，受其吸附容量的 限制，使用周期短，活性炭也易堵塞，反冲洗困难，并且价格较贵哼1 。 1 2 3 化学氧化法 化学氧化法是通过氧化剂来氧化破坏水中的有机物质。目前采用的氧化剂主 要有氯、臭氧、高锰酸钾、过氧化氢和二氧化氯等。也可以采用氧化法和其它处 理方法联合使用，这样往往会取得更好的处理效果。般根据氧化剂的投加位置 天津大学硕士学位论文第一章绪论 分为预氧化、中间氧化和后氧化( 也叫主氧化) 几种。预氧化的重点是部分氧化 有机物、强化混凝和改善后续处理工艺的效果：中间氧化重点是去除水中微量有 机污染物，特别是高稳定有机污染物，包括“三致”物、内分泌干扰物等：后氧 化主要用于消毒，灭活水中的细菌病毒等 1 0 】。化学氧化采用最广泛的是臭氧氧 化。臭氧具有很强的氧化能力，它可以通过破坏有机污染物的分子结构以达到改 变污染物性质的目的。本论文将采用臭氧预氧化与生物活性炭联用工艺装置，主 要研究臭氧预氧化除污染工艺特性和后臭氧接触池的流态分布模拟。 1 2 4 生物氧化法 生物氧化过程是利用处理构筑物内微生物的生命活动来降解或去除可生物 降解的有机物质及无机物质。在使用过程中有生物预处理和深度处理两种工艺。 生物预处理是指在传统的净水工艺之前增设生物处理工艺，借助微生物群体 的新陈代谢活动，对水中的有机污染物以及氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐或铁、锰等 无机污染物进行初步去除。生物预处理可改善水的混凝沉淀性能，减少混凝剂耗 量，减轻后续处理构筑物负荷，延长滤池或活性炭吸附等处理工艺的使用周期和 使用容量，尽量发挥水处理工艺的整体作用，降低水处理费用，更好地控制水污 染。 生物深度处理的主要代表是生物活性炭。八十年代初期，出现了臭氧预氧化 生物活性炭联用工艺，目前已被西方国家广泛采用。生物活性炭工作原理是活性 炭的物理吸附和生物降解的简单组合。吸附饱和的活性炭，在不需再生的情况下， 可利用其生物降解能力，继续发挥控制污染物的作用。 1 2 s 膜分离技术 膜分离技术是借助压力差为推动力，使水通过膜组件，水中需要去除的杂 质物质被膜组件截留。膜分离技术包括反渗透、纳滤、超滤和微孔过滤。膜分离 技术可以提供稳定可靠的水质，减少用地，运行自动化。因此，膜技术被称为“二 十一世纪的水处理技术”，具有广阔的应用前景1 1 1 2 】，除了上述的饮用水除污染 技术，近几年出现许多组合水处理工艺，为净水技术的研究和应用开阔了新的领 域。 犬泮人学硕r 学伊论文第一章绪论 1 3 饮用水臭氧化深度处理技术 臭氧在饮用水处理中的应用已经有一百多年的历史，但由于其技术复杂、成 本昂贵，所以臭氧技术的应用受到极大的限制，一直以来都是以氯气作为水处理 的氧化剂。到本世纪七十年代，随着水中有机污染程度的加剧和人们健康意识的 提高，特别是溶解有机物( d o c ) 与氯反应生成三氯甲烷( t h m s ) 等消毒副产 物( d b p s ) ，长期饮用容易产生致癌病变：同时水中能产生有色物质，如水中溶 解的或带有生色基团的有机物，腐殖酸等在常舰处理工艺中不易有效去除，而且 这些物质容易产生卤代消毒副产物【”l 。因此，以臭氧为主组成的复合应用技术， 由于其良好的处理效果成为深度净化技术的首选。 1 3 1 臭氧的性质 物理性质 0 3 是氧的同素异形体，其三个氧原子呈三角形排列。在常温常压下，是一 种不稳定的有刺激性气味的淡紫色气体。略溶于水，在标准压力和温度下，其溶 解度比氧气大1 3 倍。理论上，臭氧溶解度随着温度的升高而降低。它对紫外线 的最大吸收波长为2 5 4 n m 。臭氧常见的物理常数见表1 1 【h 。 表1 1 臭氧的物理常数 t a b l e1 一1 f u n d a m e n t a lp h y s i c a lc o n s t a n t so f o z o n e 分子量 4 8临界温度，1 2 1 ! 沸点( 7 6 0 m m h g ) 一1j 1 9 临界压力5 4 6 a r m 熔点( 7 6 0 m m h g ) 一1 9 2 7 o 2 临界密度 0 4 3 7 9 m o l 气体密度( 0 c ) 2 1 4 4 9 l临界体积 1 1 1 c m m o l 生成热( 气体) 14 2 9 8 k j r a n l溶解度( 2 5 )4 9 4 m l l 自由焓f ( 2 5 ) 16 28 2 k j m 0 1 固态臭氧比密度1 7 2 8 9 c m 3 化学性质 臭氧极不稳定，在空气和水中都可以分解为氧气，同时释放出大量的热。臭 氧在水中的分解速度比在空气中要快得多，并且随着水中污染物、水温和p h 值 大律人学硕十学化论文第一章绪论 的升高分解速度加快。因此为了提高臭氧的利用二棼在水处理过程中尽量减缓臭 氧的分解速度，同时加快尾气中的臭氧分解。 臭氧具有极强的氧化能力，氧化还原电位2 0 7 v ，仅次于氟，可以通过氧化 去除水中大部分可被氧化的物质。同时，臭氧反应后被还原为氧气，是一种高效 无二次污染的氧化剂。 表l - 2 几种常见水处理氧化荆的氧化性 t a b l e1 2 o x i d a t i o no f s e v e r a lk i n d so f o x i d a n l s 氧化荆氧化电位( v ) o h 0 3 h 2 0 2 h c i o c 1 2 3 0 6 20 7 l7 7 】，6 3 1 3 5 8 1 3 2 臭氧预氧化1 1 5 , 1 6 , 1 7 臭氧用于原水预氧化，主要用途是改善感官指标、助凝、初步去除或转化污 染物等。 改善感官指标 实践证明预氧化可明显对原水脱色、除臭，改善水的感官指标。水的色度主 要是由溶解性有机物、悬浮胶体、铁、锰和颗粒物引起。色度有表色和真色之分， 其中引起真色的溶解性有机物特征结构是带有双键和芳烃等不饱和官能团，较难 去除。臭氧预氧化通过臭氧和不饱和官能团反应，破坏不饱和键来去除真色。去 除的程度和臭氧投加量以及接触状况有关。对于铁、镐等无机显色离子，臭氧将 它们氧化成难溶物而去除。同时臭氧预氧化对有机胶体和颗粒物助凝作用，提高 了沉淀和过滤对致色物去除效果。 臭味主要由腐殖质、有机物、藻类、放线菌等引起，臭氧对臭味去除效率非 常高，一般投加量为1 3 m g l 时可达到规定臭阀值。对异臭物质的去除主要是 羟基自由基，因此提高水的p h 值或者采用高级氧化技术可增强臭氧除臭功能。 大滓大学硕士学位论文第一章绪论 对水中总有机炭( t o c ) 的影响 臭氧预氧化会降低后续工艺对t o c 的去除效果。原因可归纳为两方面：一 是，臭氧预氧化使水中大分子有机物分子量降低、分子极性增加，从而更易溶解 于水。二是，臭氧预氧化使表面正电荷密度降低，致使大分子有机物在絮凝体表 面的吸附量降低，从而导致有机物的去除率降低。臭氧预氧化对有机炭的去除效 果通常用铝和总有机炭的浓度比来表征，当 a 1 t o c ( 以m o l a l m o l t o c 计) i5 时，臭氧预氧化对t o c 的去除效果有促进作用， o i a i t o c 3 “ 5 p 1 0 p 2 0 p 3 0 “ 5 0 i 2 “ 3 “ 5 p 1 0 “ 2 0 “ 3 0 5 0 图2 1 2 臭氧投加量颗粒数影响的中试试验 f i g 2 1 2 p i l o t - s c a l ee x p e r i m e n ta b o u tt h ee f f e c to f o z o n ed o s eo np a r t i c l en u m b e r 1 9 0 瓤 ；3 嚣】5 0 娶1 5 0 写1 4 0 61 3 0 天1 2 0 l l o 1 0 0 【，。1 ，：。，l 。 一 0 5 m g g1 5 m g l2 5 m g l 臭氧投加量 1 5 5 0 0 一 糕1 5 0 0 0 一 鬃1 4 5 0 0 一 爻1 4 0 0 0 7 1 3 5 0 0 。1 1 1 。1 。一1 1 。1 。 0 5 m g l1 5 m g l2 5 m g 臭氧投加量 9 2 0 0 9 0 0 0 8 8 0 0 8 6 0 0 8 4 0 0 8 2 0 0 8 0 0 0 0 5 m g l1 5 m g l2 5 m g l 臭氧投加量 0 5 m g l 1 5 m g l 臭氧投加量 图2 - 1 3 臭氧投加量颗粒数影响 f i g 2 1 3 e f f e c to f o z o n e d o s eo np a r t i c l en u m b e r 图2 1 2 可以看出两种原水的颗粒数很接近，但是经过不同臭氧预氧化后， 沉淀出水的颗粒数产生了较大的变化。臭氧投加量大，则沉淀出水的颗粒数偏高。 图2 1 3 是对同一种原水进行不同臭氧投加量的小试试验。试验装置见图2 - 1 0 的小试装置，原水的水质参数见表2 2 。通过对每一个范围的颗粒数进行不同臭 赫黛醛山兀9 2 u r a 颗粒数 2 6 2 3 1 2 4 49 7 9 0 3 = 1 0 浊度 1 5 0 5 2 20 4 2 2 m g l 2 u m 颗粒数 2 8 7 5 1 0 7 46 9 9 助凝效果浊度2 3 9 6 6 9 6 9 6 7 2 l7 0 4 8 4 5 8 2 u m 颗粒数 一9 6 0 7 3 2 13 6 6 5 5 92 8 6 0 0 6 1 琪2 0 篓。 蚤一2 0 4 0 + 浊度+ 2 u l 颗粒数 d h 值 图2 2 0p h 值对助凝效果的影响 f i g 2 - 2 0 e f f e c to f p ho nt h ec o a g u l a t i o n 从图2 - 2 0 可以发现p h 值与浊度和颗粒数的助凝效果之间存在着明显的线性 相关性，随着p h 值的升高，助凝效果直线上升。 天津大学硕士学位论文第三章臭氧高锰酸钾复合预氧化技术研究 第三章臭氧高锰酸钾复合预氧化技术研究 臭氧于2 0 世纪6 0 年代末开始用于原水预氧化，其用途广泛，可以改善感官 指标、改善混凝效果、控制和去除d b p 前质等。尽管臭氧预氧化有很多优势， 但是预臭氧化也有其不足，例如产生副产物溴酸盐、甲醛和a o c ，成本较高。 高锰酸钾也是一种强氧化剂，但氧化能力低于臭氧，而且投加量较高导致色度增 加。但高锰酸钾的优点是：( 1 )