如何提高水中臭氧利用率

如何提高水中臭氧利用率

关于采用高浓度臭氧水代替传统CIP(强酸弱碱)工艺做管道或系统工艺消毒，根据长期工程经验积累：水中臭氧剩余浓度0.4ppm时，停留时间为4min，CT值=1.6时，能高效杀菌，当0.8ppm以上，水才能做到杀菌作用。目前海天酱油、厨邦酱油两家公司洗瓶工艺要求臭氧浓度为1.2ppm和3pppm。

高浓度臭氧水工艺：确定处理水量并尽可能采用纯净水来只做高浓度臭氧水源（臭氧具有广谱性，水中含有杂质将加速水中臭氧分解）。

1、臭氧投加量（以下为长期工程积累经验值）

臭氧在空气中的自然半衰期参比值为23min.<消毒技术规范>，1小时的臭氧自然衰退率为61%，在水中分解率为但在纯水中分解速度较慢，如在蒸馏水中的半衰期大约是20min（20℃）。在水中的臭氧分解和臭氧在空气中的自然半衷期参比值差别不大，两者取一个值为60%，臭氧在水中的混合效率为50%（采用旁路射流器带压0.8mpa 臭氧混合参数值），臭氧设备更大臭氧发生量按70－80%有效值计算。

例如：20M3水中臭氧浓度为2PPm=2g/m3时,1小时需要臭氧量为：

20m3x2g/m3/((1-61%)x50%x75%)≈273.5g，

取300g/H的臭氧发生量

2.臭氧的分解：

臭氧的化学性质极不稳定，在空气和水中都会慢慢分解成氧气，其反应式为

2O3→3O2+285kJ （2-2）

含量为1﹪以下的臭氧，在常温常压的空气中分解半衰期为16h左右。随着温度的升高，分解速度加快，温度超过100℃时，分解非常剧烈，达到270℃高温时，可立即转化为氧气。臭氧在水中的分解速度比空气中快得多。在含有杂质的水溶液中臭氧迅速回复到形成它的氧气。如水中臭氧浓度为6.25×10-5mol/L（3mg/L）时，其半衰期为5～30min，但在纯水中分解速度较慢，如在蒸馏水或自来水中的半衰期大约是20min（20℃），然而在二次蒸馏水中，经过85min后臭氧分解只有10﹪，若水温接近0℃时，臭氧会变得更加稳定。

臭氧在水中的分解速度随水温和pH值的提高而加快，图1-1为pH=7时，水温和分解速度的关系，图1-2为20℃时，pH和分解速度的关系。

为了提高臭氧利用率，水处理过程中要求臭氧分解得慢一些，而为了减轻臭氧对环境的污染，则要求处理后尾气中的臭氧分解得快一些。

     图1-1水温和分解速度的关系                                               图1-2 PH和分解速度的关系

 

3、气液混合方式选择：

臭氧水浓度由物理性质决定，以下混合方式仅为达到臭氧水中饱和溶解度。（臭氧在水中的溶解度较氧大，0℃和1×10^5帕时，一体积水可溶解0.494体积臭氧）

目前常用的气液混合方式：文丘里射流器、曝气方式；每种混合方式做的混合效率与后续配套的工艺有很密切的关系，而每种混合方式都有其达到的混合极限值，所以在实际工程中应当选择好混合方式。以下整理数据为本人长期在水处理行业中积累得出的经验值：

A、文丘里射流器法：（调节供气量为吸气量±10%）

1、 主管道/旁路射流器或气液混合泵负压吸臭氧

1.1、主管道/旁路射流器或气液混合泵，臭氧浓度范围0.15-0.35ppm；

1.2、主管道/旁路射流器或气液混合泵+产品水箱底部进液位?米（根据液位高度同水中臭氧浓度在一定范围内增加）臭氧浓度范围0.25-0.8ppm；

2、射流器或气液混合泵+气液分离罐负压吸臭氧；

亨利定律：在等温等压下，某种气体在溶液中的溶解度与液面上该气体的平衡压力成正比。这就是亨利定律，物理化学的基本定律之一；

根据亨利定律，气液分离罐内憋压0.2mpa时，臭氧浓度范围1.0-5ppm。气液分离罐容积建议参考15-30s处理水量停留时间容积。

 

3、臭氧反应罐旁路循环射流器或气液混合泵负压吸臭氧；

3.1、臭氧反应罐旁路循环射流混合常压状态：

参照接触时间8-12min计算罐体容积，压力为常压，罐体设计原则以瘦高为标准（高度不超过10m），臭氧浓度波动与罐体液位高度成正比。臭氧浓度范围0.6-2.5ppm。

3.2、臭氧反应罐旁路循环射流混合带压状态：

参照接触时间8-12min计算罐体容积，罐体设计原则以瘦高为标准（高度不超过10m），臭氧浓度波动与罐体液位高度、压力成正比（压力不超过0.2mpa根据亨利定律）。臭氧浓度范围0.8-18ppm。

 

4、微纳米曝气技术：原理为采用磁力泵+微米曝气喷嘴，一般在国外采用比较广泛，国内未大范围推广，目前一般采用日本微纳米曝气机。臭氧浓度范围1-50ppm。此项暂时不推荐。

5．曝气混合：

曝气方式决定因素：曝气面积、曝气液位；在净水处理中传统曝气接触塔，罐体设计以瘦高为原则（高度不超过10m），曝气盘数量根据臭氧机供气气量（每个盘分气量，空气型10-20L/min  氧气型1-5L/min）尽量采用直径小的罐体增加曝气盘与水面的接触面。提高液位高度增加臭氧气泡在水中路径从而提高吸收效率。臭氧浓度范围0.6-1.5ppm。