程鹏 周克钊 朱敏 靳云辉
(中国市政工程西南设计研究总院，四川成都 610081)
0 引言
通过对深圳市罗芳污水处理厂二级生物出水的臭氧脱色灭菌试验，分析臭氧消毒脱色工艺的适应参数，运行成本以及在大型污水厂的二级生物出水的大型化推广利用价值。
1 试验过程
1．1 试验概况
试验名称:深圳市罗芳污水处理厂二级生物处理出水臭氧脱色灭菌中试。
试验时间:2008年4月1日～6月30日。
试验地点:深圳市罗芳污水处理厂。
实验目的和要求如下:
1)检测臭氧消毒工艺的脱色灭菌效果;
2)检测臭氧消毒工艺的适用工艺参数，包括臭氧投加量、接触时间、出水臭氧含量;
3)臭氧消毒工艺的运行成本，包括耗电量、氧气用量;
4)臭氧消毒工艺的推广价值，包括自动化程度、工作性能、占地面积。
1．2 试验设备及器材
臭氧灭菌、脱色工艺流程见图1。
图1 臭氧灭菌脱色工艺流程
试验装置包括120 g/h的臭氧发生器1套、氧气15瓶、20 m3/h气液混合泵(提升泵功率为2．2 kW)1台、格栅1个、3 m3/h～30 m3/h进水流量计1个、20 m3/h双级高效管道混合器1台、2．2 m3高级氧化反应罐2件、臭氧尾气破坏器 1 台 (功率0．2 kW/h)、臭氧量检测设备1套、水中臭氧含量测试仪1套，溶氧仪1台。
1．3 试验内容
1)臭氧脱色、灭菌试验重复5次;
2)每次试验的臭氧投加量逐步增加，臭氧发生器分12个臭氧发生单元，3个为一组，共4组，臭氧投加量通过开启的臭氧发生单元的数量及进气量的多少来控制，每次试验持续约6 h;
3)每次试验记录好进水流量、耗电量、氧气用量、臭氧产量及出水臭氧含量;
4)每次实验的样品委托水质检测部门检测;
5)试验部接触时间为15 min，接触有效容积为4．4 m3，进水流量控制在17．6 m3左右。
1．4 操作步骤
1)第0组试验。
开启进水泵，流量控制在17．6 m3左右，不开启臭氧发生器，稳定运行1 h(即臭氧高级氧化反应器换水4次)后，取出水样，作为0组臭氧试验出水水样，同时记录好进水流量、耗电量、氧气用量、臭氧产量及出水臭氧含量。
2)第1组试验。
开启1组3只臭氧发生单元，稳定运行1 h后，取出水样，作为1组臭氧试验出水水样，同时记录好进水流量、耗电量、氧气用量、臭氧产量及出水臭氧含量。
3)第2组试验。
开启2组6只臭氧发生单元，稳定运行1 h后，取出水样，作为2组臭氧试验出水水样，同时记录好进水流量、耗电量、氧气用量、臭氧产量及出水臭氧含量。
4)第3组试验。
开3组9只臭氧发生单元，稳定运行1 h后，取出水样，作为3组臭氧试验出水水样，同时记录好进水流量、耗电量、氧气用量、臭氧产量及出水臭氧含量。
开启4组12只臭氧发生单元，稳定运行1 h后，取出水样，作为4组臭氧试验出水水样，同时记录好进水流量、耗电量、氧气用量、臭氧产量及出水臭氧含量。
6)化验。
臭氧灭菌、脱色试验结束后，水样送化验，每次实验粪大肠杆菌和色度必须检测，其中第一次和第二次实验抽检DO、氨氮、COD、臭和味、浑浊度、总磷、总氮，第五次只检测色度。
1．5 送样化验项目
每次试验的0只出水、3只出水、6只出水、9只出水、12只出水，共5个水样，分别送样化验以下项目:
1)粪大肠菌群、色度作为必检项目，10次试验中每次均必须检测;2)氨氮、COD作为抽检项目，10次试验中任意检测3次。
1．6 现场记录和化验项目
1)每项试验前后的现场记录项目，包括:进水流量;开臭氧管数量;耗电量;氧气用量。
2)每项试验前后的现场化验项目，包括:臭氧产量;出水DO;出水臭氧含量。
山东省是中国经济最发达的省份之一，2017年，全省实现生产总值(GDP)72678.2亿元，经济总量稳居全国第3位，山东省是中国的农业大省，农业增加值长期稳居全国第一位。适宜的气候为区内农业发展提供了优越自然条件，粮食作物种植分夏、秋两季。夏粮主要是冬小麦，秋粮主要是玉米、地瓜、大豆、水稻、谷子、高粱和小杂粮。其中小麦、玉米、地瓜是山东的三大主要粮食作物。经济作物以棉花、烟叶、花生、蔬菜为主。山东为全国主要水果、蔬菜产地省份之一，烟台苹果、莱阳梨、大泽山葡萄、沾化冬枣、肥城桃、乐陵金丝小枣、枣庄石榴、明水香米、章丘大葱和寿光蔬菜等全国闻名。沿海及湖区水产较发达，远洋渔业生产亦具相当规模。
2 试验过程与试验数据
第一次和第五次臭氧脱色灭菌现场试验的水样送深圳市水质检测中心化验，第二次～第四次试验的水样送深圳市排水监测站化验，臭氧灭菌脱色试验检测数据，汇总于表1。
表1 臭氧灭菌脱色试验检测数据
3 结论与讨论
3．1 色度去除效果
进水色度在3度～25度之间，平均8．5度。臭氧投加量在4 mg/L～5 mg/L时，出水色度在2度～5度之间，平均3度，远远低于GB 18918-2002城镇污水处理厂污染物排放标准和GB/T 18920-2002城市污水再生利用 城市杂用水水质30度的要求。
臭氧投加量超过5 mg/L后，出水色度的下降不再明显。
3．2 灭菌效果
进水粪大肠菌群在2．4×104个/L～2．8×106个/L之间，平均5．1×105个/L。臭氧投加量在4 mg/L～5 mg/L时，出水粪大肠菌群在 2个/L～80个/L之间，平均 143个/L，远远低于GB 18918-2002城镇污水处理厂污染物排放标准中一级A标准1 000个/L的要求。
臭氧投加量超过5 mg/L后，出水粪大肠菌群的下降不再明显。
另外，试验中曾进行了总大肠菌群的检测，处理效果与粪大肠菌群一致，也使臭氧投加量超过5 mg/L后下降不再明显。
进水总大肠菌群在7 000个/L～1．8×106个/L之间，平均1．0×106个/L。臭氧投加量在4 mg/L～5 mg/L时，出水总大肠菌群1 100个/L。
3．3 其他污染物去除效果
臭氧处理对其他污染物的去除效果，臭氧处理对于浑浊度、悬浮物、CODCr和BOD5具有一定去除效果，但可能主要原因是处理过程中的沉淀作用，而非臭氧氧化的效果。
臭氧处理对于氨氮、铁和锰具有较明显的去除效果。
臭氧处理对于总磷、总氮和阴离子洗涤剂无明显的去除效果。
3．4 耗电量、运行成本、占地面积和自动化控制
用臭氧进行深度水处理时，臭氧投加量在3 g/m3时，其氧气用量为900 L，耗电量为790 W。
本系统主要运行成本为电费，臭氧投加量在3 g/m3时，每立方米的运行成本:
总电费 =总用电量 ×1元/度 =(2．2+0．2+0．9)×1=3．3 元。
则:
运行成本=总电费÷处理水量;
运行成本 =3．3 ÷17．6=0．19 元/m3。
式中:1)处理水量17．6 m3/h;2)电费以1元/度计。
说明:如果处理水无需提升的话，则运行费用为0．06元/m3。
整个系统占地面积约15 m2，即每立方米处理水的占地面积为0．85 m2，本系统工艺可实现全自动化控制，24 h运行，无需专人看守。
4 结语
1)经臭氧处理后的出水，其出水色度远远低于GB 18918-2002城镇污水处理厂污染物排放标准中一级A标准和GB/T 18920-2002城市污水再生利用 城市杂用水水质的要求。
2)经臭氧处理后的出水，其出水粪大肠菌群远远低于GB 18918-2002城镇污水处理厂污染物排放标准中一级A标准的要求。
3)臭氧处理对于氨氮、铁和锰具有较明显的去除效果。
4)臭氧投加量在4 mg/L～5 mg/L时，处理效果最佳。
5)本工艺简单，安装方便，运行稳定，臭氧利用率高，占地面 积少，适于大规模应用。
