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            饮用水臭氧处置成果与臭氧消融度的干系  
               
               
               
               
           

          一、饮用水臭氧处置简介:

          臭氧(03)是1840年今后逐步被人们熟习的。臭氧是由三个氧原子构成的,由丁它有较高的氧化复原电位,以是有极强的氧化才能,能够降解水中多种杂质和杀灭多种致病菌、霉菌、病毒和杀死诸如饰贝科软体植物幼虫(达98%)及水生物如剑水蚤、寡毛关键植物、水蚤轮虫等,是以早在1886年在法国就停止了臭氧杀菌尝试。1893年在荷兰3 m³/h的净化水厂就投入运转。1906年法国尼斯(Nice)建成的臭氧处置水厂一向运转到1970年。尼斯水厂被看做是“饮水臭氧化处置降生地”。我国1908年在福州水厂装配了一台德国西门子的臭氧产生器。到此刻天下上已稀有千个臭氧处置自来水厂,1980年加拿大蒙特利尔建成日供水230万吨耗损臭氧300kg/h的大型水厂,而此中绝大多数都是在发财国度扶植的,成长中国度只需少许小规模操纵。我国自八十年月以来连续有少许自来水厂接纳臭氧法,如北京田村水厂(15kg03/h),昆明水厂(33kg03/h),另有一些工矿企业外部水厂,如大庆油田,成功油田,燕山石化等单元的水厂也都有臭氧装备在运转。与外洋规模比拟,我国只能说还处在抽芽状况。
             臭氧水处置之以是在天下上获得长足的成长,岂但是因为其有用的去杂与杀菌才能,并且在于经它处置后在水中不产生二次净化(残毒),过剩的臭氧也会较快分化为氧气而不似氯剂在水中构成氯氨、氯仿等致癌物资,是以被天下公以为最宁静的消毒剂。在成长中国度不大规模推行,其缘由是臭氧处置牢固资产投入太高与运转电耗太高,在资金缺少的国度在八十年月中期以来,我国浩繁瓶装水厂因为水质规范请求高,而瓶装水经济效益也高,而接纳了臭氧法处置,小型臭氧产生器得以较大规模推行.准确操纵臭氧处置水的瓶装水厂多数能到达双零(大肠杆菌,细菌总数均为零)的国际规范。

          二、影响臭氧水处置灭菌成果的几个根基身分

          因为臭氧水处置是个新事物,人们尚不太熟习。有些厂家和施工单元和臭氧用户误以为只需一按电钮,将臭氧气吹入水中,消毒即告实现。这个误区使臭氧的操纵得不到应有的成果,乃至导致有些人对臭氧自身的杀菌才能产生了思疑。

          有的厂家操纵极简略单纯的臭氧产生器处置瓶装水,对其产生的臭氧浓度、处置后水溶臭氧浓度都全无所闻,杀菌简直实成果使人没法信任。难以操纵。笔者也曾采访过一家矿泉水厂,每小时5吨水量,设想单元选用了100g03/h的臭氧产生器,而在打仗接收装配内水的逗留时候只需几秒钟,成果处置的水不及格,而灌装间大批臭氧尾气溢出,工人没法任务。
              另有一些厂家出产的家用水处置器,不管是 臭氧浓度仍是处置时候都不够,如许的水处置器可否出产及格的饮用水,很值得思疑。
              是以准确熟习臭氧在水中的物理、化学进程与臭氧杀菌的生归天学进程是綦主要的。因为臭氧在水中消融的机理和臭氧对生物细胞物资互换的影响进程极其庞杂,本文不能详细的切磋,只就臭氧杀菌做普通性的会商。

          1、水溶臭氧浓度与坚持时候是杀菌的须要前提

          军事医学迷信院戎行卫生研讨所马义伦传授等颠末对炭疽杆菌,枯草杆菌玄色变种停止臭氧处置尝试,总结出杀菌能源学经历公式:

          dN/dt=-KNtMCN

          此中:  N:菌数  t:时候  C:水中臭氧浓度 m、n是t与c的指数  K:效力常数,也可表现细菌抗力。

          由以上公式能够看出单元时候的灭菌量是与水中臭氧浓度及处置时候的若十次疗成止比,可见K与N在不变化的环境下要到达杀菌的目标,必须保障臭氧在水中浓度与必然的打仗时候。
             2、保障水中臭氧浓度的须要性

          要保障臭氧在水中的浓度须要良多前提,大抵有水温、气压、气液的绝对活动速率、臭氧气感化在液体外表的分压、臭氧气的外表积、水的粘度、密度、外表张力等,此中有些身分,如水温、气压、臭氧气感化在液体外表的分压相当主要。也有的,如水的密度、粘滞度、外表张力等,在某一详细前提下是不变的,就能够不予斟酌,现将此中干系简略先容以下:
             气液两相间的传质强度取决于份子与湍流的分散速率,能够用普通传质公式表现:

          u=dG/dt=KF·△C
             此中:  u:传质速率,可用在t时候内从气相传入液相的臭氧量G肯定,即dG/dt。 K:传质系数,F:气相与液相的打仗外表积,△C传质进程中的能源,可用臭氧在现实环境下与均衡时的浓度差决议(即水中臭氧浓度与臭氧源中臭氧浓度不同越大,传质速率越大)。
             阐发普通传质方程式能够晓得,起首要使臭氧尽多地溶入水中,就要尽可能加大臭氧与水的打仗外表积F,而这是打仗装配决议的。
             其次,△C申明臭氧产生器的浓度越高,越有益于水对臭氧的接收·
             第三,传质系数K则与多种身分有关,K(总传质系数)为气相传质系数K气与液相传质系数K液之和,而臭氧属于低消融度气体,K气可疏忽不计.而按照亨利一道尔顿定律,K液是多种物理参数的复合函数。

           K液=f(T,P,u,w,p,ó)

          此中臭氧消融量与气体压力P成反比而与水温T成反比。

          跟着两相绝对线速率的增大,气液两相打仗外表积F及其更新速率也增大,但每一个气泡与液体打仗的时候会减小,是以从综合成果来看,气体-液体的绝对线速率应坚持在一个规模内较好.

          液体的粘滞度u,密度p及气液间介面外表张力。的进步能够使相间外表更新速率降落,并响应使K液减小,以是Km与u,p,o成反比,对各类饮用水,此项可疏忽不计。

          在操纵中,咱们应存眷温度、气压两个参数,而在设想打仗装配时则应注重到水流、气流的绝对速率,特别是此中的温度,因为温度高了岂但使水对臭氧的接收成果降落,并且臭氧自身会因温渡太高而分化。国际就曾产生过试图用臭氧处置70·℃的水温而不获得任何成果的例证。

          1894年梅尔费特(Mailfert)按照后人的尝试报告求出以下臭氧在水中的浓度:

          温度(摄氏度)

          O

          11.8 

          15

          19

          27

          40

          55

          60

          消融度(L气/L水)

          0.64

          0.5

          O.456

          0.381

          O.27

          0.112

          O.031

          O

          这组数据大抵里线性,并且标明臭氧在水中的消融度约莫是氧的lO-15倍。

          威诺萨(venosa)与奥帕特金(Opatken)指出,决议臭氧(或任何气体)在某液体中的消融度的根基干系式是亨利定律.即在必然温度下,任何气体消融于已知体积的液体中的分量,将与该气体感化在液体上的分压成反比。

          并且此定律可推导出论断:在规范温度与压力下,臭氧是氧消融度的13倍。

          从亨利定律能够得出论断:要进步臭氧在水中的消融度,必须进步臭氧气在全部气源平分压,即进步臭氧源的浓度,若是臭氧源的浓度不够,处置时候再长,水中臭氧浓度也提不高(因已到达浓度均衡)。
             从以上阐述,能够获得论断:
             1、为保障杀菌成果,必须保障水中臭氧的必然浓度与处置时候。
             2、为保障水中臭氧的必然浓度就需保障:
                  a.臭氧源的浓度。
                  b.必然的气温。
                  c.水温不能太高。
                  d.投入水中臭氧气的比外表积尽可能大,使臭氧与水的打仗机遇更多。

          按照国际外操纵经历普通水质的饮用水消毒处置参数保举为:水溶臭氧浓度O.4mg/L,打仗时候为4分钟,即CT值为1.6。臭氧投加量1-2mg/L,水温最幸亏25摄氏度以下。前苏联规范划定饮用水中臭氧浓度不低于O.3mg/L。我国瓶装水行业保举灌装时瓶内水臭氧浓度0.3mg/L.

          三、今朝经常操纵的三种打仗装配与其成果

          前节已提到打仗装配的底子目标是保障臭氧在水中有尽可能大的消融度,为此,就需使臭氧气与水的打仗面尽可能大,有充足的打仗时候,是以对打仗装配的根基请求是:
              1、能保障最优化的臭氧接收成果。
              2、打仗装配任务时,工艺参数节制轻易,任务不变,宁静性好。
              3、能耗(搅拌或保送水、气所需能源)最低。
              4、最小的体积下有最大的出产才能。
              5、布局简略,用料自制,制作与维修本钱低。

          普通经常操纵的打仗装配有三种:鼓泡塔或池:水射器(文丘里管)与牢固螺旋夹杂器(单用或适用):搅拌器或螺旋泵:也有两种以上串连操纵的,简介以下:

          l、鼓泡法:大型水处置用鼓泡池,小型水处置则经常操纵鼓泡塔,它请求鼓泡器有小(几个微米到几十微米孔径)的孔径以增添臭氧的比外表积,并且请求孔径布气平均,以使水、气周全打仗,特别是在鼓泡池顶用多个布气器时,同时普通请求从水面到布气器外表,水深不小于4-5m,以利于气、水充实打仗。
             它的长处是:操纵便利,能够很轻易转变运转参数而不影响投加成果和任务的不变,能源耗损少,鼓泡塔布局简略,维修便利。
              但其体积过于庞杂,池式占空中积大,塔式请求较高厂房本钱较高。

          2、水射器(文丘里管)是操纵高速水流在变径管道中活动构成的负压区吸入臭氧气,并构成湍流起到夹杂成果。
              而在文丘里管后设置牢固螺旋夹杂器则可进一步起搅拌水、气感化,在较长的间隔内坚持湍流状况以增强接收。
              这类装配因为夹杂时候很短,以是在其输入管道后经常还需加设贮水罐,以增添水、气打仗时候,并使水流速降落以使尾气析出。
              它的布局比鼓泡塔大大减小,出产本钱低,但需加设水泵以保障水的放射速率,并且工艺参数不易把握,处置水量不能随便调理,不然将产朝气、液两相分手,影响接收成果。
              3、搅拌法:初期出产的搅拌器近似单缸洗衣机,只是机电上置、外筒做成多角型,操纵搅拌构成的涡流负气泡打坏,溶入液体。此类搅拌法成果差,能源耗损大,比鼓泡法体积小但本钱并不低,因为无机械活动及臭氧侵蚀,以是机械寿命低,维修用度高。
              最近几年有涡轮泵上市,夹杂成果很好,并且体积玲珑,工r艺参数操纵轻易,但布局庞杂本钱高,能源耗损大,维修庞杂,在它的管路后而也需设置贮水罐。

           
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