臭氧在城市污水处理方面的应用历史

 

在城市污水处理方面，主要用臭氧消毒，降低生化需氧量（BOD）和化学需氧量（COD）浓度、氨的氧化以及色、营养物质和悬浮固体的去除。20世纪70年代以来，大多数污水臭氧消毒工作已在美国首先采用，同一时期，日本也进行了相当数量的研究，特别是日本缺水地区，致力于把处理后污水出流水，重新用于非饮用水的目的方面。法国和德国将其用于城市污水处理，以色列进行了污水回灌前用BAC工艺处理的研究。在南非，臭氧处理应用表明，延长从污水中去除溶解有机物以后，作饮用回用的GAC塔的连续操作时间，是提高投资效率的有效方法。下面将对以上进展及其研究做简要介绍。

 

1、美国

1956年，阿摩尔研究基金会（Armour Research Foundation）研究臭氧用于污水中所含致病微生物的消毒，他们发现，炭疸杆菌（Bacillas anthracis）、肉毒梭状芽孢杆菌病毒素（Clostridium bo-tulium toxin）、流感病毒（inflenza virus）和尼日利亚变型枯草杆菌（Bacillus subtilis var Niger），通过吸收（2.083~4.167）×10-³mol/L（100~200mg/L）的臭氧完全被去除。

1972年，联合碳化物公司（Union Carbide corporation）用臭氧消毒和高纯氧活性污泥综合治理城市污水，它将澄清后的污水与上升的含臭氧氧气气泡相反向下流，经一座垂直塔盘式接触池。在一次试验中，1.667×10-4mol/L（8mg/L）臭氧在氧气中的含量为2.28%（体积）的投加量，大肠菌群数从42000个/100ml降低到45个/100ml。

此工艺有多种优点：
①消毒阶段氧气需要量约等于，所研究的澄清出水活性污泥处理氧需要量（澄清出水含BOD510.5mg/L，COD31mg/L），从臭氧接触池排出的尾气可用于这一目的；
②同空气气源相比，当用纯氧时，臭氧发生器每单位供电电能大约能多产两倍的臭氧，可以安装比较小的臭氧发生装置；
③所产生的氧气是干燥的，省去空气预处理设备的需要，可省去投资费的25%~30%。

现在，美国包括臭氧消毒在内正在运行的污水处理厂有50多座。其中规模较大是1982年初印第安娜波利斯市启用的两座污水处理厂，一座日处理47.3万m3，另一座日处理45.5万m3，两厂均采用臭氧消毒纯氧活性污泥法。
 

在美国，污水消毒通常规定粪便大肠杆菌达到200个/100ml以下的目的。这种消毒水平，一般在生物处理并过滤后的污水中，以（0.8333~1.667）×10-4mol/L（4~8mg/L）的臭氧吸收量便可达到。然而，如果污水中含有大量耗臭氧的工业废水，为达到这种消毒水平所需臭氧剂量，必须上升到3.125×10-4mol/L（15mg/L）以上。
 

为将处理后的污水排放到供人消费、娱乐或水产养殖的场所，加利福尼亚州制定了大肠杆菌总数2.2个/100ml的严格的消毒水平。其处理方法是过滤后的二级处理出水和淹没式涡轮接触器，（7.292~8.333）×104mol/L（35~40mg/L）臭氧吸收量，可以达到总大肠菌数2.2个/100ml的目标。然而采用过滤并硝化后的二级处理出水，仅用（3.125~4.167）×10mol/L（15~20mg/L）的臭氧吸收量就可以达到此标值。这同美国其他大部分地区，为达到粪便大肠菌200个/100ml以下的消毒目标需要（0.8333~1.667）×10*mol/L（4~8mg/L）的臭氧吸收量相比，是比较理想的。

 

2、日本
1973年，日本进行了有关城市污水回用应有的处理研究。用臭氧氧化二价锰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）树脂的氧化，以及病毒灭活。污水经生物处理，再用硫酸铝凝聚，快速砂滤，臭氧化，然后粒状活性炭吸附的成功处理，发现可生产出符合世界卫生组织饮水质量标准的水。此外，发现臭氧处理还能从处理过的污水中除色、除臭味、氧化亚硝酸盐以及氧化去除铁。

日本多年的研究，以1981年在日本七栋商业大厦和综合公寓就地污水回收系统内，安装臭氧处理设备而达到高潮。回收的污水，用于厕所冲洗，汽车洗刷和观赏河塘。

 

3、法国
戈梅拉（Gomella）1976年在哥伦比斯（Colombes）对巴黎管区污水臭氧化处理进行的半生产性试验研究以及其他人的研究表明，往污水中投加的聚电解质，能极大地改变臭氧从气泡向污水内传递过程当中的操作界面力，并因此而降低为达到一定消毒水平所需的臭氧量。

 

4、德国

1976年和1977年对取自西柏林污水处理厂的处理后出水予以臭氧化，使有机物成分变得易于生物降解，然后再将出水通过注入砂岸而进入受纳河流。1981年对柏林污水厂生物处理后出水，用臭氧处理供同一目的中间性试验，该试验于1981年2月开始运行，并持续运行了一个时期，出水用硫酸亚铁凝聚，然后用2.083×10-5mol/L（1mg/L）的臭氧予以臭氧化，双层滤料过滤并注人到地下进人吸附井内。在这种低水平的臭氧处理下，发生在滤池内的硝化过程不受影响。

5、以色列
1976年瓦克斯（Wachs）等人将污水处理厂出水先用石灰在高pH值下处理，然后臭氧化，并通过粒状活性炭滤层，这种综合三级处理流程，能使生物难分解有机物转化为较易生物降解的物质，然后于设置在臭氧化后面的滤池和颗粒活性炭吸附柱内降解。因此，总有机碳水平能被降至4.167×10-5mol/L（2mg/L）以下。

6、南非
西南非的温得霍克（Windhoek）进行处理城市污水供补充其自来水使用已多年了，这项工艺中，在粒状活性炭吸附前，有折点氯化处理来去除氨和溶解有机物。后来，冯·勒韦思（VanLeeuwen）等人改进了温得霍克应用的这种流程。用臭氧化加生物处理方法，来取代用于除氨的折点氯化和为去除溶解有机物用的粒状活性炭吸附。且已在日产3785m³水的斯坦得水回收厂成功使用。改进的优点之一是，臭氧化后的粒状活性炭滤料在一年内不需要再生。相反，折点氯化后粒状活性炭滤料，每90天就必须再生。

用预臭氧化取代折点氯化在活性炭再生方面节省了资金，用以支付臭氧处理费用绰绰有余。
 

7、中国
我国于20世纪70年代末，亦将臭氧用于医院污水的处理，主要用于医院污水的消毒，如鞍山传染病医院、鞍山第四人民医院、辽化职工医院、锦西市医院等单位，在70年代末都用臭氧处理医院污水，另外清华大学、鞍山静电技术研究设计院等单位均进行了臭氧处理印染废水和城市生活污水方面的研究，取得了一些成果，在此不再详述。