摘要：對臭氧進行飲用水處理中的相關(guān)問題進行了分別探討。通過對飲用水的一般水質(zhì)要求，本文簡述了臭氧的性質(zhì)以及自來水的臭氧消毒工藝，臭氧進行飲用水處理的技術(shù)原理以及臭氧消毒的一般工藝的闡述，證明了臭氧法處理飲用水的可行性和實用性。
我國自來水處理工藝90%以上仍采用20世紀(jì)初形成的混凝、沉淀、過濾和加氯消毒的常規(guī)工藝.這種工藝是建立在有合格水源的基礎(chǔ)上，以去除濁度和細菌為主要目標(biāo)，對有物尤其是溶解性有機物的去除能力很低(20%一30％ ) . 2000年，我國7大重點流域地表水普遍存在有機污染，各流域干流僅有57. 7%的斷而滿足我國供水水源ш類水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn);新的病原微生物隱抱子蟲微抱子蟲尺寸小(1- 5 1-lm)，很難用常規(guī)過濾技術(shù)去除，而且對加氯消毒有很強的抗性;含有機污染物的水經(jīng)加氯消毒后還會產(chǎn)生有機鹵化物等“三致”物質(zhì).供水水質(zhì)的下降嚴(yán)重危害健康，己引起供水行業(yè)和居民的極大關(guān)注.
1.水深度凈化的目的與對策
改善飲用水水質(zhì)有兩條途徑:一是控制污水的排放量及提高污水處理率，保護飲用水源，一是強化處理工藝對受污染水源進行深度處理.經(jīng)過深度凈化后的飲用水應(yīng)去除三鹵甲烷等有機污染物，不危害健康;去除病原菌和病毒，不引起傳染性疾病;硬度和礦質(zhì)元素含量適當(dāng)，有益健康，我國不宜將深度凈化工藝設(shè)于自來水廠，因為要在所有水廠加設(shè)深度處理工藝，改造和運行費用相當(dāng)可觀.如加設(shè)臭氧活性炭工藝會使自來水廠的基建費用增加50％，且市政供水中只有2%用于生活飲用，其余為工業(yè)和消防等用水，全而提高市政供水水質(zhì)是不經(jīng)濟的.再者，我國中小城市陳舊的鑄鐵供水管網(wǎng)和一次供水設(shè)施也會對深度處理的出廠水造成一次污染.在小區(qū)設(shè)置集中凈化裝置供給管道直飲水具有良好的經(jīng)濟性，取用便利，衛(wèi)生可靠，己在哈爾濱、上海和深圳等地推廣應(yīng)用.廣州市政府明文規(guī)定新建小區(qū)和公共場所必須配套分質(zhì)供水系統(tǒng),我國目前的分質(zhì)供水方式是在廚房設(shè)置一根深度凈化水管，供給烹飪和飲用水.其余生活用水仍使用市政自來水.但水中有害化學(xué)物質(zhì)通過消化系統(tǒng)進入人體不是主要的途徑，通過皮膚和呼吸也能攝入.研究表明當(dāng)用含二氯苯乙烷的水淋浴時，通過呼吸吸入的化學(xué)物質(zhì)比口腔進入的要多6- 80倍.只在水龍頭上安一個水過濾器還不足以保證人體免受水中有害化學(xué)物質(zhì)的損害.因此分質(zhì)供水時應(yīng)在衛(wèi)生間也留一個深度凈化水的供水管，使有經(jīng)濟條件的家庭在淋浴時也能使用保證健康的水.
2臭氧在飲用水處理中的作用及機理
2．1微污染水特點
隨著工業(yè)的發(fā)展，水體中增加了種類繁多的有機毒物，其中的有機污染物可分為兩類:天然有機物，和人工合成有機物。天然有機物是指動植物在自然循環(huán)過程中經(jīng)腐爛分解所產(chǎn)生的物質(zhì)，主要有腐質(zhì)酸等。水中大分子天然有機物不僅是造成色度,異臭味，配水管腐蝕和沉淀物的原因物質(zhì)，也是目前常規(guī)氯化消毒副產(chǎn)物的前體物。而人工合成的有機物大多為有毒有機污染物，其中包括“三致”有機污染物。它們具有以下特點:難于降解，在環(huán)境中有一定的殘留水平，具有生物富集性和“三致”作用。相對于水體中的人然有機物，它們種類多，在水環(huán)境中存在很小的數(shù)量就可產(chǎn)生有害影響，對公眾的危害史大。檢出的多環(huán)芳烴、鹵代烴、呋喃類等物質(zhì)是*難降解的“持久性有機污染物”。常規(guī)的混凝、沉淀、過濾和投氯消毒工藝以去除水中濁度、懸浮物膠體、色度和病原菌等為目的，而它對水中有機物尤其是溶解性有機物不能有效地去除，水中的大分子物質(zhì)如腐殖質(zhì)、蛋白質(zhì)和多糖等在水中易形成分子聚集體，有較好的穩(wěn)定性。臭氧氧化法與常規(guī)水處理方法比較，具有顯著的特點，如對于生物難降解物質(zhì)氧化能力強、分解速度快、占地而積小、自動化程度高、無一次污染、浮渣和污泥產(chǎn)生量較少，同時具有殺菌、脫色、防垢等作用。
2．2臭氧的氧化消毒機理
臭氧在水處理中的作用是從利用它的消毒作用開始的，目前臭氧仍是加藥消毒法中*有效的消毒劑。臭氧的殺菌作用比氯快15- 30倍，在滅活病毒方而，由于臭氧的高氧化電位容易通過微生物細胞膜擴散，所以臭氧能氧化微生物細胞的有機物或破壞有機體鏈狀結(jié)構(gòu)而濘致細胞死亡。從而臭氧對過濾性或其他病毒、芽抱等，具有強大的殺傷力，而氯對病毒作用很小或不起作用。用臭氧消毒時對細菌的滅活率都在95%以上，所以經(jīng)臭氧消毒過的水，其中的病毒實際上己完全失去了活力在水處理中，較傳統(tǒng)的氯消毒方法，臭氧消毒還有如下優(yōu)點:①消毒的同時可改善水的性質(zhì),較少產(chǎn)生附加的化學(xué)物質(zhì)污染。②不會產(chǎn)生如氯酚那樣的臭味。③產(chǎn)生二鹵甲烷等氯消毒的消毒副產(chǎn)物。④氧可就地制造，為了獲得它只需要電但臭氧作為消毒劑是有選擇性的，綠霉菌、青霉菌之類對臭氧具有抗藥性，需較長時間才能將其殺死。單獨使用臭氧作為殺菌劑時，山于臭氧在較短時間內(nèi)分解掉，殘留效果小，甚至?xí)霈F(xiàn)細菌回升現(xiàn)象，為了改善這種狀況，可以考慮輔助加氯。臭氧消毒也是各種消毒工藝中費用較高的一.
由于臭氧的強氧化能力，臭氧的氧化作用是破壞有機物的分子結(jié)構(gòu)，可將一部分有機物徹底分解，同時可將大分子的、細菌不易利用的有機物，生成小分子的、細菌易氧化分解的有機物，降低了有機物的分子量，改變了有機物的性質(zhì)，提高其可生化險。原水經(jīng)過臭氧氧化后，分子量在l ooo-3 000的有機物含量增加了13.5％，分子量在104 5的有機物增加9.7％，但其它區(qū)間的有機物含量都減少了，尤以分子量大于1 }5的有機物含量減少得*多。溶于水中的臭氧可氧化、分解從而有效去除水中的有毒物質(zhì)，如有機毒物、氰化物以及敵敵畏:氧化樂果等農(nóng)藥。同時臭氧用于水消毒可以大大降低自來水中鹵代烴等有機致癌物。盡管臭氧的氧化能力很強，但主要是選擇性地與水中有機污染物作用，破壞其不飽和鍵，導(dǎo)致有機物極性增加，可生化性提高，對總有機碳的影響很小。臭氧氧化很難將水中的有機污染物徹底無機化，主要以中間產(chǎn)物的形式存在于水中 .
臭氧與水中污染物的反應(yīng)極為復(fù)雜，主要通過兩條途徑，即臭氧的直接反應(yīng)和臭氧分解產(chǎn)生的羥基自由HO? ( E0= 2. 8V)的間接反應(yīng)。兩者比較，直接反應(yīng)有選擇性，速度慢;間接反應(yīng)無擇性、電位高、反應(yīng)能力強、速度快，可引發(fā)鏈反應(yīng)，使許多有幾物徹底降解。
直接反應(yīng)(D反應(yīng)):污染物+03→產(chǎn)物或中間物
間接反應(yīng)(R反應(yīng)):污染物+HO?→產(chǎn)物或中間物
因此在處理水時應(yīng)注意控制臭氧反應(yīng)途徑，提高臭氧的有效利用率。有機物與臭氧的反應(yīng)有以下幾種形式:
03+有機物1→產(chǎn)物(直接反應(yīng))
03+有機物2→產(chǎn)物(瞬間反應(yīng))
OH?+有機物3→02+產(chǎn)物(促進反應(yīng))。
OH?+有機物4 →產(chǎn)物(消除反應(yīng))
臭氧在飲用水中(pH值在7左右)的分解可分
為以下的步驟:
03+ H20→02+ 20H?
03+ OH?→02+ H02?
03+ H02?→202+ OH?
OH?+OH?→H2O2?
0H?+OH?→H20+ 1/202?
3.臭氧在飲用水處理中的應(yīng)用
臭氧氧化能力強，用于消毒殺菌殺傷力大，速度快;臭氧可氧化溶解性鐵或錳，形成高價沉淀物，使之易于去除;可將氰化物、酚等有毒有害物質(zhì)氧化為無害物質(zhì);可氧化致嗅和致色物質(zhì)，從而減少嗅味，降低色度;可將生物難分解的大分子有機物氧化分解為中小分子有機物，使之易于生物降解;使用臭氧預(yù)處理，還可以起到微絮凝作用，提高出水水質(zhì);應(yīng)用臭氧，不會在處理過程中產(chǎn)生有害的“三致”物質(zhì)。飲用水處理中臭氧的投加方式包括預(yù)氧化、中間氧化和*后消毒。臭氧的預(yù)氧化可去除水中的無機物色度、濁度、懸浮固體、異臭和味，可部分分解有機物并滅活微生物，從而提高混凝一絮凝一沉淀效果。中間氧化主要是分解有毒微污染物，去除二氯甲烷前體物，并提高有機污染物的可生化降解性。臭氧消毒可滅活水中所有殘留的微生物，并使消毒產(chǎn)生的副產(chǎn)物減到*少。
3.1臭氧的其它作用
臭氧預(yù)氧化能夠進一步提高常規(guī)給水處理的除藻效果，臭氧是強氧化劑，可以致死藻類或限制它們的生長，對動物性浮游生物的滅活效果好。臭氧氧化可提高后續(xù)絮凝、過濾對藻類的去除效果，減少絮凝劑的用量，有一定的助凝作用。臭氧同時具有除色作用，通過與不飽和官能團反應(yīng)、破壞碳碳雙鍵而去除真色，去除程度取決于臭氧投加量和接觸條件;臭氧的微絮凝效應(yīng)還有助于有機膠體和顆粒物的混凝,常規(guī)處理可使東江原水色度從68度(均值)降到濾后水的1- 3度，而投加ρ(03)為0. 5一1.Omg/L進行預(yù)臭氧化和投加1. 5 mg/ L的ρ(03)進行主臭氧化后，濾后水基木無色。
3結(jié)論
預(yù)臭氧化技術(shù)可用于脫色除臭、控制氯化消毒副產(chǎn)物、去除藻類和藻毒素、助凝和助濾、初步去除或轉(zhuǎn)化污染物等，但臭氧化學(xué)性質(zhì)的不穩(wěn)定性使其對水質(zhì)的改善程度取決于原水水質(zhì)和臭氧化條件。預(yù)臭氧化過程中會產(chǎn)生一定的醛類、溴酸鹽等有害副產(chǎn)物，使不能生物降解的有機化合物，如富里酸、腐殖酸變得容易降解，為細菌生長提供營養(yǎng)基質(zhì)，為后續(xù)生物處理環(huán)節(jié)提供了條件。臭氧預(yù)處理技術(shù)宜結(jié)合具體水質(zhì)和經(jīng)濟條件統(tǒng)籌決定是否采用，臭氧投加量可根據(jù)具體水質(zhì)凈化目標(biāo)，臭氧與過氧化氫聯(lián)用等高級氧化技術(shù)以及臭氧化與后續(xù)處理環(huán)節(jié)的優(yōu)化值得進一步研究。
