张兰芳1，纪永超1，董丽霞1，梅新敏2

（1. 苏州市自来水公司，苏州 215000；2. 苏州市水利<水务>局，苏州 215000）

摘  要：通过生产性试验考察了臭氧预氧化技术对水厂常规工艺的影响。结果表明，臭氧预氧化技术助凝效果明显，在实际生产中可降低常规工艺的出水浊度，矾耗约下降28%左右；臭氧预氧化技术可以提高常规工艺对耗氧量和氨氮的去除率，分别提高约15%和50%；单独从成本方面考虑，用臭氧预氧化技术降低矾耗是不经济的；但在特殊原水水质情况下，臭氧预氧化技术和混凝沉淀常规工艺结合会明显改善出水水质，减少高矾耗带来的出厂水pH值低、铝离子超标等不利影响。

关键词：水厂；常规工艺；臭氧预氧化技术；

中国分类号：TU991.2    文献标志码：A   文章编号：1673-9353（2012）04-

doi:10.3969/j.issn.1673-9353.2012.04

随着水源水微污染问题的日益加剧及饮用水水质标准的提高，常规处理工艺已无法满足生活饮用水水质标准要求。针对上述情况，苏州市X水厂在常规工艺基础上增加了臭氧预氧化及臭氧-生物活性炭深度处理工艺。X水厂最初采用臭氧预氧化技术的目的是在藻类高发期临时投加臭氧除藻，并可保证后续生物活性炭滤池的生物作用不受影响，而实际生产中发现臭氧预氧化技术还具有明显的助凝效果，可降低常规工艺的出水浊度，提高常规工艺对耗氧量、氨氮等的去除率。

1 水厂概况

X水厂设计规模为30×104 m3/d，净水工艺采用臭氧预氧化技术、折板反应-平流沉淀池-V型砂滤池的常规处理工艺和臭氧-生物活性炭滤池深度处理工艺，水厂工艺流程如图1所示。臭氧预氧化技术采用射流扩散器结合水射器的方式进行投加，平均投加量为1.0 mg/L，接触时间约3 min。

2 臭氧预氧化技术对常规工艺的影响

为进一步了解臭氧预氧化技术对常规工艺的影响，X水厂于2011年10-12月进行了生产性试验。X水厂原水水质除浊度外，其他关键水质指标常年较稳定，主要水质参数见表1。由于该时间段内原水浊度变化较大，故加矾量也偏大，平均投加为50 mg/L左右。

表1  2011年10—12月原水主要水质指标

2.1  臭氧预氧化技术的助凝效果

在实际生产中，向其中一组平流沉淀池投加预臭氧0.5 mg/L，而另一组平流沉淀池未投加臭氧，两组平流沉淀池的加矾量均为50 mg/L。结果表明，投加臭氧的沉淀池的出水平均浊度为0.95 NTU，而未投加臭氧的沉淀池的出水平均浊度为1.41 NTU，说明臭氧预氧化技术具有助凝作用，其机理是因为臭氧可以改变水中颗粒物的表面性质如酸碱性、带电性以及水中腐殖质的结构，改变悬浮颗粒物与胶体的稳定性及其与絮凝剂、腐殖质之间的相互作用效果，达到助凝效果[1]。

2.2  臭氧预氧化技术对矾耗的影响

在上述生产性试验的基础上，进一步研究臭氧预氧化技术的节矾效果。保持沉后水浊度在1.00 NTU左右，考察了不同预臭氧投加量条件下矾耗的变化情况，见图2。

由图2可以看出，随着预臭氧投加量的增加，矾耗逐渐下降，当预臭氧投加量为0.8 mg/L时，矾耗最低，仅为39.5 mg/L，比不投加臭氧时节省28%，但随后再增加预臭氧投加量，矾耗反而有所上升，且基本保持稳定。

2.3  臭氧预氧化技术对常规工艺耗氧量去除效果的影响

经过生产性试验，发现臭氧预氧化技术有助于强化常规工艺的耗氧量去除效果，臭氧预氧化技术对常规处理工艺耗氧量去除效果的影响见表2。可以看出，投加预臭氧时常规工艺的耗氧量去除率较未投加时平均提高约15%。臭氧容易与水中有机物的 C=C键反应，通常使有机物分子量变小，芳香性消失，极性增强，可生化性提高。臭氧与有机物的作用主要有两种途径：一种是和有机物的直接氧化作用；另一种是被分解后的羟基自由基（·OH）间接地与水中有机污染物作用[2]。因此，投加预臭氧后可以提高常规工艺对有机物的去除率。

表2  臭氧预氧化技术对常规处理工艺耗氧量去除效果的影响

1. 臭氧预氧化技术对常规工艺氨氮去除效果的影响

臭氧预氧化技术对常规处理工艺氨氮去除效果的影响见表3。可以看出，投加预臭氧时常规工艺对氨氮去除率较未投加时明显增加，氨氮去除率可由21%增至79%，说明臭氧预氧化技术可以强化常规处理工艺对氨氮的去除效果。

在常规工艺处理过程中考察了含氮化合物含量的变化情况，见表4。结果表明，投加预臭氧后，砂滤池出水氨氮含量下降，而砂滤池出水硝酸盐氮含量略有增加。分析其原因，可能是由于预臭氧使得水中的溶解氧含量增加，为砂滤池内细菌的生长繁殖创造了有利条件，硝化细菌和亚硝化细菌在砂滤池内开始大量繁殖，在这些细菌的作用下大部分氨氮转化为亚硝酸盐氮和硝酸盐氮而去除[3]。

表3  臭氧预氧化技术对常规处理工艺氨氮去除效果的影响

表4  常规工艺处理过程中含氮化合物的变化

2.5  臭氧预氧化技术对常规工艺环境卫生的影响

投加预臭氧后，水厂平流沉淀池的穿孔集水槽表面、池壁和滤池池壁、V型进水渠等处较未投加时滋生了许多丝状物和青苔，且生长速度极快，清洗后两三天又可见，极大地影响了水厂构筑物的环境卫生和水质感官性状，故水厂每天由专人清洗这些构筑物，砂滤池每周逐格停产进行彻底清洗，不仅大幅度增加了清洗工作，而且增加了水厂自用水量。

3  经济成本分析

按最佳预臭氧投加量为0.8 mg/L计算，此时可节省矾耗15.4 mg/L，矾平均单价为0.435元/kg，则千吨水节省矾耗成本为6.70元。预臭氧平均投加量按0.8 mg/L计，臭氧质量分数为10%，则液氧消耗量为8 mg/L，液氧平均单价为0.68元/kg，则千吨水增加液氧成本为5.44元。同时臭氧发生器每公斤臭氧平均电耗为8 kWh，电费单价为0.64元/kWh，则千吨水增加电耗成本为4.10元。

综上所述，投加预臭氧的千吨水成本增加9.54元，千吨水矾耗成本降低6.70元，则千吨水的总成本增加2.84元。因此，单从成本考虑，采用投加预臭氧的方式来降低矾耗是不经济的。但是，在特殊原水水质（如高浊、高藻）条件下，为满足水质标准要求，常规处理工艺所需的混凝剂投加量会增加很多，此时将臭氧预处理和混凝沉淀常规处理工艺相结合会明显改善出水水质，从而避免高矾耗带来的出厂水pH值低、铝离子超标等不利影响[4]。

4  结论

①  臭氧预氧化技术具有明显的助凝效果，实际生产中可降低矾耗约28%左右，且该技术对常规工艺耗氧量和氨氮的去除效果也有明显改善，分别提高约15%和50%。

②  投加预臭氧后，常规工艺的平流沉淀池和砂滤池易滋生丝状物和青苔，增加了水厂的清洗工作和自用水量。

③  单从成本方面考虑，采用投加预臭氧的方式来降低矾耗是不经济的。但是，在特殊原水水质（如高浊、高藻）条件下，常规处理工艺所需的药剂投加量过大时，采用预臭氧可减少高矾耗带来的出厂水pH值低、铝离子超标等不利影响。

参考文献：

[1]张金松, 尤作亮. 安全饮用水保障技术（第1版）[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2008.

[2]赵亮, 李星, 杨艳玲. 臭氧预氧化技术在给水处理中的研究进展[J]. 供水技术, 2009, 3（4）: 6~10.

[3]代荣, 许阳. 原水预臭氧化对常规处理工艺的影响[J]. 中国给水排水, 2006, 22（10）: 57~60.

[4]傅金祥, 梁建浩, 杨涛, 等. 臭氧预氧化与混凝联用工艺处理低温微污染水的试验研究 [J]. 沈阳建筑大学学报（自然科学版）, 2005, 21（5）: 539~542.

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收稿日期：2012-05-29