臭氧在城市污水處理方面的應用歷史

 

在城市污水處理方面，主要用臭氧消毒，降低生化需氧量（BOD）和化學需氧量（COD）濃度、氨的氧化以及色、營養物質和懸浮固體的去除。20世紀70年代以來，大多數污水臭氧消毒工作已在美國首先采用，同一時期，日本也進行了相當數量的研究，特別是日本缺水地區，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。法國和德國將其用于城市污水處理，以色列進行了污水回灌前用BAC工藝處理的研究。在南非，臭氧處理應用表明，延長從污水中去除溶解有機物以后，作飲用回用的GAC塔的連續操作時間，是提高投資效率的有效方法。下面將對以上進展及其研究做簡要介紹。

 

1、美國

1956年，阿摩爾研究基金會（Armour Research Foundation）研究臭氧用于污水中所含致病微生物的消毒，他們發現，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），通過吸收（2.083~4.167）×10-³mol/L（100~200mg/L）的臭氧完全被去除。

1972年，聯合碳化物公司（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，經一座垂直塔盤式接觸池。在一次試驗中，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，大腸菌群數從42000個/100ml降低到45個/100ml。

此工藝有多種優點：
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，當用純氧時，臭氧發生器每單位供電電能大約能多產兩倍的臭氧，可以安裝比較小的臭氧發生裝置；
③所產生的氧氣是干燥的，省去空氣預處理設備的需要，可省去投資費的25%~30%。

現在，美國包括臭氧消毒在內正在運行的污水處理廠有50多座。其中規模較大是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m3，另一座日處理45.5萬m3，兩廠均采用臭氧消毒純氧活性污泥法。
 

在美國，污水消毒通常規定糞便大腸桿菌達到200個/100ml以下的目的。這種消毒水平，一般在生物處理并過濾后的污水中，以（0.8333~1.667）×10-4mol/L（4~8mg/L）的臭氧吸收量便可達到。然而，如果污水中含有大量耗臭氧的工業廢水，為達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、娛樂或水產養殖的場所，加利福尼亞州制定了大腸桿菌總數2.2個/100ml的嚴格的消毒水平。其處理方法是過濾后的二級處理出水和淹沒式渦輪接觸器，（7.292~8.333）×104mol/L（35~40mg/L）臭氧吸收量，可以達到總大腸菌數2.2個/100ml的目標。然而采用過濾并硝化后的二級處理出水，僅用（3.125~4.167）×10mol/L（15~20mg/L）的臭氧吸收量就可以達到此標值。這同美國其他大部分地區，為達到糞便大腸菌200個/100ml以下的消毒目標需要（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，日本進行了有關城市污水回用應有的處理研究。用臭氧氧化二價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，發現可生產出符合世界衛生組織飲水質量標準的水。此外，發現臭氧處理還能從處理過的污水中除色、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年在日本七棟商業大廈和綜合公寓就地污水回收系統內，安裝臭氧處理設備而達到高潮。回收的污水，用于廁所沖洗，汽車洗刷和觀賞河塘。

 

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

 

4、德國

1976年和1977年對取自西柏林污水處理廠的處理后出水予以臭氧化，使有機物成分變得易于生物降解，然后再將出水通過注入砂岸而進入受納河流。1981年對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，該試驗于1981年2月開始運行，并持續運行了一個時期，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，雙層濾料過濾并注人到地下進人吸附井內。在這種低水平的臭氧處理下，發生在濾池內的硝化過程不受影響。

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，并通過粒狀活性炭濾層，這種綜合三級處理流程，能使生物難分解有機物轉化為較易生物降解的物質，然后于設置在臭氧化后面的濾池和顆?；钚蕴课街鶅冉到狻Ｒ虼?，總有機碳水平能被降至4.167×10-5mol/L（2mg/L）以下。

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

用預臭氧化取代折點氯化在活性炭再生方面節省了資金，用以支付臭氧處理費用綽綽有余。
 

7、中國
我國于20世紀70年代末，亦將臭氧用于醫院污水的處理，主要用于醫院污水的消毒，如鞍山傳染病醫院、鞍山第四人民醫院、遼化職工醫院、錦西市醫院等單位，在70年代末都用臭氧處理醫院污水，另外清華大學、鞍山靜電技術研究設計院等單位均進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。