臭氧消毒在城市游泳池水處理中的應(yīng)用

自從１８４０年由ＳＣＨＯＥＭＢＥＩＭ發(fā)現(xiàn)臭氧以來(lái)，其應(yīng)用已經(jīng)有相當(dāng)一段歷史了。臭氧作為僅次于氟的強(qiáng)氧化劑和高效廣譜殺菌劑已被廣泛地應(yīng)用于游泳池的水處理消毒系統(tǒng)中。

 

   一、臭氧消毒在游泳池水處理中的優(yōu)點(diǎn)

   １、臭氧是一種非?；顫?，且氧化能力極強(qiáng)的氧化劑，主要依靠其強(qiáng)大的氧化作用而殺菌。它能氧化分解細(xì)菌的葡萄糖氧化酶、脫氫氧化酶，還可直接與細(xì)菌發(fā)生作用，導(dǎo)致細(xì)菌物質(zhì)代謝的氧化還原過(guò)程被破壞，從而破壞了細(xì)菌的生長(zhǎng)和繁殖過(guò)程，造成細(xì)菌的死亡。

   ２、臭氧是一種非常強(qiáng)的廣譜殺菌劑。它的殺菌作用迅速，通常在幾秒鐘內(nèi)即可有效地殺死水中的細(xì)菌、病毒、芽孢及蟲(chóng)卵，臭氧在水中殺菌速度較氯快６００３０００倍。對(duì)抗氯性強(qiáng)的芽孢和Ｆ噬菌體的迅速殺滅尤為重要。它能有效地防止傳染性疾病的蔓延，特別是對(duì)病毒的滅活能力非常強(qiáng)。

   ３、臭氧是國(guó)際公認(rèn)的環(huán)保型綠色殺菌劑，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成任何二次污染，用臭氧在游泳池水處理中的消毒可以從根本上避免像三鹵甲烷（ＴＨＭＳ）這樣令人厭惡的致癌鹵代有機(jī)物的產(chǎn)生。臭氧消毒消除了氯氨化合物的形成，從而避免了游泳池水對(duì)人體的不良影響。正是這些氯氨化合物會(huì)刺激游泳者和運(yùn)動(dòng)員的皮膚、眼睛、呼吸道，所以游泳時(shí)的紅眼及皮診即由此產(chǎn)生，對(duì)頭發(fā)也有著漂白的作用。

   ４、采用氯消毒隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，從水中蒸發(fā)出來(lái)的氯代有機(jī)化合物以及氯氣等有毒氣體，聚集在室內(nèi)游泳池上方不易散去，時(shí)間長(zhǎng)了容易損害人的呼吸器官，嚴(yán)重影響人們的身體健康。而使用臭氧則不會(huì)產(chǎn)生此種問(wèn)題，臭氧的消毒過(guò)程是個(gè)完全的氧化過(guò)程，唯一的產(chǎn)物就是溶解氧，因而可長(zhǎng)期保證水質(zhì)的良好。

   ５、臭氧是最強(qiáng)的氧化劑，可有效分解水中的有機(jī)高分子化合物，氧化水中的鐵、錳等金屬離子和氧化分解水中散射光線的微小有機(jī)體，從而大大提高了水的感觀度和清澈度，使池水呈現(xiàn)出美麗的淺藍(lán)色。水質(zhì)完全符合國(guó)際泳聯(lián)及國(guó)際衛(wèi)生組織的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

   ６、臭氧的制作原料是取之不盡，用之不竭的空氣中的氧氣，因此，在生產(chǎn)過(guò)程中不必考慮搬運(yùn)或儲(chǔ)藏的問(wèn)題，臭氧發(fā)生器操作使用非常簡(jiǎn)單，具有很高的安全性，日常管理和維護(hù)工作也較簡(jiǎn)單。

   二、游泳池消毒系統(tǒng)中臭氧的產(chǎn)生及其投加方式

   按臭氧產(chǎn)生的方式劃分，目前的臭氧發(fā)生器主要有三種：一是高壓放電式，二是紫外線照射式，三是電解式。用于游泳池消毒系統(tǒng)中一般采用高壓放電式臭氧發(fā)生器。由Ｓｉｅｍｅｎｓ發(fā)明的臭氧發(fā)生器技術(shù)，是使用環(huán)境空氣作為氣源，輸入的空氣被臭氧傳輸系統(tǒng)吸入后，先在空氣處理系統(tǒng)中被干燥和凈化。然后經(jīng)氣體流量計(jì)到達(dá)臭氧發(fā)生器，空氣流動(dòng)于兩個(gè)高壓場(chǎng)之間，將干燥了的氣體（空氣或氧氣）在冷卻水和帶有金屬電極的玻璃管電極之間加上高達(dá)１２ＫＶ的交流電產(chǎn)生無(wú)聲放電。所產(chǎn)生的高能自由電子將氧分子離解為氧原子，隨后氧原子與氧分子之間發(fā)生碰撞產(chǎn)生臭氧。

   即：１／２Ｏ２ ←→ Ｏ Ｏ ＋ Ｏ２←→ Ｏ３

   下面以德國(guó)普羅名特制造的ＢＯＮＡ ＺＯＮ型臭氧發(fā)生器為例，簡(jiǎn)要說(shuō)明臭氧發(fā)生器及其在游泳池水處理消毒系統(tǒng)中的投加方式。臭氧發(fā)生器裝置主要包括三個(gè)組成部分：空氣處理系統(tǒng)，臭氧發(fā)生系統(tǒng)和電氣控制部分。這三部分都放置在一個(gè)柜式箱體內(nèi)（詳見(jiàn)下圖一、普羅名特臭氧投加系統(tǒng)中的１－臭氧發(fā)生器）。其中空氣處理系統(tǒng)先將空氣中的水分被干燥劑吸收，然后經(jīng)過(guò)氣體流量計(jì)被送入到臭氧發(fā)生系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中采用１２支為一組的臭氧發(fā)生管，將干燥的空氣通過(guò)水冷的帶有金屬電極的玻璃管中，在冷卻水和電極之間加上１２ＫＶ的交流電產(chǎn)生無(wú)聲放電，使空氣中的氧氣轉(zhuǎn)變成臭氧。產(chǎn)生的臭氧立即與待消毒的循環(huán)過(guò)濾水充分混合來(lái)進(jìn)行消毒。

   產(chǎn)生的臭氧濃度約為２０～３０ｇ／ｍ３。臭氧的產(chǎn)生率一般在額定的２０％～１００％之間變化。

   由下圖一可以看出，在游泳池水處理消毒系統(tǒng)中，一般是在臭氧發(fā)生器１中產(chǎn)生的含有臭氧的空氣氣流，采用負(fù)壓的投加裝置２直接投加到混合罐１１中，使臭氧與待處理的水充分混合溶解，使水中的有機(jī)物和病毒充分與臭氧接觸氧化，起到殺滅病毒和氧化分解有機(jī)物的作用。

   

   為了不讓臭氧泄露并使已經(jīng)制備好的臭氧氣體得到充分的利用，一般都采用負(fù)壓投加的方式進(jìn)行消毒，以保證水處理機(jī)房中臭氧消毒系統(tǒng)的安全性。

   臭氧投加系統(tǒng)中混合器的作用相當(dāng)重要，由于只有溶解于水中的Ｏ３才是有效的，因此為了使臭氧氣與水充分而緊密的混合，以利于臭氧的溶解，一般設(shè)置一個(gè)加壓水泵，使壓力水經(jīng)過(guò)文丘利式射流器將臭氧帶入混合罐中，讓臭氧與水充分混合接觸溶解。隨后進(jìn)入反應(yīng)罐，整個(gè)臭氧氣與水混合接觸時(shí)間至少２～３分鐘，這個(gè)階段稱(chēng)為接觸氧化，是臭氧消毒的主要完成階段。經(jīng)過(guò)這個(gè)裝置消毒滅菌之后流出來(lái)的水就是干凈無(wú)菌的。

   臭氧有毒，它在水中的濃度超過(guò)０．０５ｍｇ／ｌ時(shí)，會(huì)對(duì)人產(chǎn)生危害和對(duì)設(shè)備造成腐蝕；而且在泳池中施放后，還會(huì)降低水的透明度。所以必須將殘余臭氧通過(guò)吸附器加以去除。在反應(yīng)罐和活性碳罐上部都分別裝有自動(dòng)排氣閥，能自動(dòng)將未溶解的臭氧、空氣和多余臭氧及時(shí)排出，經(jīng)過(guò)殘余臭氧吸附器吸附清除到允許的范圍內(nèi)之后，再排出到大氣中。

   另外臭氧消毒效果的好壞取決于投加量大小和接觸時(shí)間的長(zhǎng)短。臭氧的投加量與水溫和水的接觸時(shí)間以及消毒方式都有關(guān)，如果通過(guò)大劑量的臭氧的投加，雖然可以非常有效的去除水中的病菌和有機(jī)物，但同時(shí)產(chǎn)生了較多的殘留物。游泳池中存在著大量的殘留物是一件很危險(xiǎn)的事，所以在投加臭氧進(jìn)行消毒的反應(yīng)罐之后都必須增加活性碳罐。因?yàn)榛钚蕴紝?duì)殘余氧化物有很好的吸附能力?；钚蕴疾粌H能夠吸附游泳池水中多余的臭氧，而且還可除臭、除味、除色、除原水中的鐵和錳，以及除水中的有機(jī)物。所以，對(duì)改善游泳池的水質(zhì)是非常有效的。

   三、臭氧消毒系統(tǒng)在游泳池水處理中的實(shí)際應(yīng)用：

   臭氧在游泳池水處理消毒系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用有以下幾種流程：

   １、全循環(huán)流量飽和臭氧消毒系統(tǒng)

   其特點(diǎn)是：游泳池全部循環(huán)水量，經(jīng)過(guò)砂濾后，注入０．８～１．２ｐｐｍ的Ｏ３經(jīng)過(guò)反應(yīng)罐進(jìn)行不少于２分鐘的接觸反應(yīng)，再進(jìn)入活性碳對(duì)殘余臭氧和其它雜質(zhì)、異味進(jìn)行過(guò)濾吸附，然后回到游泳池。

   目前世界級(jí)、國(guó)家級(jí)競(jìng)賽游泳池及池水衛(wèi)生要求很高，人數(shù)負(fù)荷很高的游泳池和水上游樂(lè)池、宜采用這種循環(huán)水過(guò)濾與殘余臭氧吸附過(guò)濾分開(kāi)設(shè)置的全部循環(huán)水進(jìn)行消毒的全流量臭氧消毒系統(tǒng)。

   見(jiàn)圖 全流量飽和臭氧消毒的水處理系統(tǒng)示意圖

   

   1-游泳池；2-均衡水池；2-循環(huán)水泵；4-砂過(guò)濾罐；5-臭氧混合器；6-反應(yīng)罐；7-剩余臭氧吸附過(guò)濾器；8-加熱器；9-臭氧發(fā)生器；10-負(fù)壓臭氧投加器；11-加壓泵；12-臭氧監(jiān)測(cè)器；13-臭氧尾氣處理器；14-長(zhǎng)效消毒劑投加裝置；15-PH調(diào)整投加裝置；16-風(fēng)泵；17-混凝劑投加裝置；18-PH探測(cè)器；19-余氯探測(cè)器；20-臭氧取樣點(diǎn)。

   這種消毒方式采用的是全部循環(huán)流量都與投加的臭氧充分混合、接觸反應(yīng)。這種消毒方式既保證了消毒效果，又能保證池水水質(zhì)。但這種方式設(shè)備多（除過(guò)濾罐外，還有混合器、反應(yīng)罐及殘余臭氧吸附過(guò)濾器等）、造價(jià)高。世界級(jí)和國(guó)家級(jí)以及有特殊要求的游泳池宜采用。深圳游泳跳水館就是采用的這種消毒方式。

   ２、 流式臭氧消毒系統(tǒng)

   在分流式臭氧投加系統(tǒng)中，采用投入０．４～０．６ｍｇ／ｌ臭氧，先對(duì)２５％的循環(huán)水量投加臭氧進(jìn)行消毒，并將此充分溶解有Ｏ３的循環(huán)水作為載體，然后再與剩余未投加臭氧的７５％的主流循環(huán)水量混合，進(jìn)行稀釋并利用分流消毒水中剩余臭氧繼續(xù)進(jìn)行消毒。這種消毒方式減小了反應(yīng)罐的體積，取消了活性碳吸附過(guò)濾罐，從而減小了占地面積，降低了投資和運(yùn)行成本，并且又能保證消毒殺菌效果。這種消毒方式增加設(shè)備不多，且體積較小，最適宜用于原有游泳池的改造。

   見(jiàn)圖二 分流量臭氧水處理系統(tǒng)示意圖

   

   1-游泳池；2-均衡水池；2-循環(huán)水泵；4-砂過(guò)濾罐；5-臭氧混合器；6-反應(yīng)罐；7-臭氧尾氣處理器；8-臭氧發(fā)生器；9-負(fù)壓臭氧投加器；10-長(zhǎng)效消毒劑投加裝置；11-流量計(jì)；12-加熱器；13-加壓泵；14-混凝劑投加裝置；15-PH調(diào)整投加裝置；16-風(fēng)泵；17-pH值探測(cè)器；18-氯探測(cè)器；19-臭氧取樣點(diǎn)；20-臭氧監(jiān)測(cè)器。

   四、影響臭氧消毒的因素

   1、 PH

   用臭氧氣對(duì)游泳池水進(jìn)行消毒時(shí)，若ＰＨ值增高，則所需濃度必須增加。因?yàn)楸M管ＰＨ值的變化對(duì)臭氧的消毒能力影響不大，但是ＰＨ值的增長(zhǎng)會(huì)減少臭氧在水中的半衰期。游泳池水的ＰＨ值控制一般在７．２～７．５之間最為適宜，偏酸、偏堿都應(yīng)及時(shí)加藥進(jìn)行調(diào)整。

   2、水溫

   因?yàn)樗疁卦礁撸粞醯娜芙舛仍叫?。溫度降低，有利于臭氧的溶解，可增?qiáng)其消毒作用，甚至在０℃時(shí)，亦能保持較好的殺菌效果。所以在臭氧用量不變的條件下，水溫越低，消毒效果越好。因此，在氣溫回升，水溫升高時(shí)，臭氧量應(yīng)相應(yīng)地增加，以保證消毒效果。

    表一 游泳池水處理中臭氧的投加量和水溫的關(guān)系

    游泳池水溫度 臭氧的投加量

    小于２８ ℃ ０．８ ＰＰＭ

    ２８－３２ ℃ １．０ ＰＰＭ

    ３２－３５ ℃ １．２ ＰＰＭ

    大于３５ ℃ １．５ ＰＰＭ

   3、濁度和色度

   池水的渾濁度過(guò)高，殺菌效力大大降低。因此對(duì)于濁度較高的水消毒時(shí)，應(yīng)先澄清和過(guò)濾，然后再用臭氧消毒。水的色度對(duì)臭氧消毒效果也有影響，有人試驗(yàn)，水的色度每增加一個(gè)單位，臭氧的滅菌用量要增加0.1~2mg/l。此外有機(jī)物可降低其殺菌作用。

   近年來(lái)關(guān)于臭氧用于游泳池水處理消毒方面得到了很快的發(fā)展。正因?yàn)槌粞跸舅?，作用迅速，效果可靠，消毒后不像加氯那樣產(chǎn)生可能有致癌作用的鹵代有機(jī)物，所以，在人類(lèi)重視健康的今天，越來(lái)越多的國(guó)家將臭氧消毒廣泛應(yīng)用于游泳池的水處理系統(tǒng)中，是現(xiàn)代游泳池消毒劑中的發(fā)展方向，國(guó)外很早就在游泳池中采用臭氧消毒，目前國(guó)內(nèi)新建的大型游泳場(chǎng)館也開(kāi)始采用了臭氧消毒。但是，臭氧消毒也存在一些缺陷：如臭氧消毒設(shè)備一次性投資較大，能源電耗多，相對(duì)氯制劑臭氧無(wú)持續(xù)消毒功能。所以，為了防止新的交叉感染和應(yīng)付突然增加的游泳人數(shù)所造成的污染，還需要向池水內(nèi)投加少量的氯，以保證池水余氯符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。相信隨著科技的進(jìn)步和體育產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在滿足人們追求健康，體現(xiàn)以人為本、增加舒適度的今天，臭氧消毒在水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用必將越來(lái)越廣泛、深入。