臭氧在循环水场应用前景分析

Posted 2023-01-12 臭氧

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本文从理论上阐述了臭氧处理循环水的机理，并结合我公司实际情况建立应用模型，结果表明：臭氧具有良好的杀菌效果，适合我公司目前水质现状，并可降低循环水处理药剂成本。
1.前言
在循环水系统中，补充水中存在某些微生物和有机物，同时由于与空气直接接触，也会有空气中的微生物进入循环水中，另外冷却塔置于露天，由于阳光的照晒作用，所以循环水中很容易滋生细菌，从而照成系统的传热效率下降，加重腐蚀，因此，一般在循环水中要投加杀菌剂控制细菌的生长。
以往通常的杀菌方式采用氯化杀菌和非氧化性杀菌剂联合投加的方式，由于费用低，所以应用比较广泛，但是，在氯化处理过程中，易于与水中的有机物生成有机氯化合物和大量对人体有较大危害的氯化副产物，他们是可疑的致癌物和致畸产物，这些物质会通过凉水塔进入环境，且很难被生物降解，将对人和生物构成威胁，目前大部分改为使用安全可靠的氯替代产品。
由于冷却水的用量较大，因此必须采取合理的处理方法，才能在经济上合理，使用上有效，并对环境的危害最小。为此，人们一直在寻找新方法来控制循环水细菌。与其他杀菌剂相比，臭氧具有很多优点：首先，臭氧是强氧化剂，能够有效的杀灭细菌；其次，臭氧能够现场通过臭氧发生器制作，避免了储存和运输过程中可能发生的风险；再次，臭氧不产生氯化副产物，并且在数分钟内即可分解消失，产物单一，第四方面臭氧还具有缓蚀、阻垢的效果，可以减少其他水处理药剂的投加。因此臭氧是一种较有前途的循环水杀菌剂之一。
臭氧作为消毒剂的使用历史很长，近年来，由于具有氧化能力强，杀菌效果好，不会产生二次污染等特点，将臭氧作为工业循环水的处理则成为当今世界各国工业循环水处理研究热点之一，据有关文献报道，美、日、英、德等国的臭氧处理技术比较成熟，目前在国内应用的还不是很多。
2.臭氧的杀菌机理
臭氧(O3)是氧的同位素。它是已知的第二种最强的氧化剂，且其氧化性比氯强几倍，其氧化还原电位为2.07V，远高于氯(1.36V)。在天然水中存在两种臭氧反应的形式，?a href='http://www.baiven.com/baike/223/306724.html' target='_blank' style='color:#136ec2'>粗苯?a href='http://www.baiven.com/baike/220/252751.html' target='_blank' style='color:#136ec2'>臭氧化反应和自由基臭氧化反应，前者是指臭氧分子的反应，是高选择性且相对较慢但反应；后者是指由于臭氧对自动催化分解，导致产生一种中间体———羟基自由基的产生，它比臭氧本身选择性低且具有高的氧化能力。
臭氧在水中首先产生很活泼的具有强氧化作用的单元子氧，进而产生羟基自由基。

羟基自由基是强氧化剂和催化剂，使有机物发生连锁反应：

以上化学反应式中的R代表有机烷基，以下同，上述反应很迅速，产生极活泼且具有强氧化作用的单元子氧和羟基，并瞬时氧化分解水中的微生物和有机物等。
另一方面，臭氧在水的参与下能与有C=C键的不饱和有机物迅速反应生成醛、酸，其反应式如下：

循环水中存在大量微生物-细菌和藻类，细菌分泌多糖，能附着在金属表面，而且当细菌死后，所遗留的化学物质强进行氧化而形成粘质或蛋白质化合物，他们呈粘状沉积在冷却塔内，引起换热器效率下降，金属腐蚀、堵塞管道甚至会降低冷却塔的运行效率，这些微生物的细胞膜由含有大量不饱和酸以及类脂物组成，均可被臭氧氧化。
此外，水中含微量Fe2+就足以引起铁细菌的繁殖，造成微生物腐蚀，而臭氧可将Fe2+氧化成Fe3+，从而避免了铁细菌的增长。
采用臭氧处理后的循环水，不仅大量微生物被杀灭，而且臭氧还可以除去Fe2+和Mn2+等，一定程度上减少了某些微生物的营养源，使微生物得到控制。就杀菌速度上，臭氧比氯块600-3000倍。同时臭氧对某些抗氯性微生物也具有较强的杀灭作用。仅需0.05mg/l的含量就足以杀灭循环水中的细菌。
采用臭氧处理后的循环水，通过对有机物的去除，能有效的降低循环水中的COD，去除率达到98%以上。
3.臭氧的其他特性
3.1臭氧对结垢的控制
使用臭氧处理循环水后，不仅原有的旧垢脱落，而且不产生新垢，目前臭氧的阻垢机理尚不太清楚，有专家认为是臭氧氧化了垢层中的有机物，使垢质疏松发生脱落。
3.2臭氧对腐蚀的控制
3.2.1臭氧与金属反应生成氧化膜，抑制了金属的进一步腐蚀；
3.2.2杀灭了微生物，大大减少了生物污垢及其引起的垢下腐蚀；
3.2.3提高水中可溶性硅浓度，提高缓蚀剂的效果
4.臭氧应用模型
4.1原则投加示意图

4.2控制方式
4.2.1臭氧吸收发生器采用填料塔模式，填充共轭环的填料，吸收速度快，效率高；
4.2.2控制循环水中臭氧含量为0.05mg/l，即可达到杀菌率99%的效果；
4.2.3对PH、温度适应范围宽，不需要调PH。
5.结束语
臭氧处理高COD、高细菌的循环水是有效的，在循环水场有很好的应用价值；应用臭氧可以有效降低循环水处理药剂成本。