臭氧消毒在城市游泳池水處理中的應用

自從１８４０年由ＳＣＨＯＥＭＢＥＩＭ發(fā)現(xiàn)臭氧以來，其應用已經(jīng)有相當一段歷史了。臭氧作為僅次于氟的強氧化劑和高效廣譜殺菌劑已被廣泛地應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

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

   ２、臭氧是一種非常強的廣譜殺菌劑。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菌、病毒、芽孢及蟲卵，臭氧在水中殺菌速度較氯快６００３０００倍。對抗氯性強的芽孢和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，特別是對病毒的滅活能力非常強。

   ３、臭氧是國際公認的環(huán)保型綠色殺菌劑，不會對環(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人體的不良影響。正是這些氯氨化合物會刺激游泳者和運動員的皮膚、眼睛、呼吸道，所以游泳時的紅眼及皮診即由此產(chǎn)生，對頭發(fā)也有著漂白的作用。

   ４、采用氯消毒隨著時間的延長，從水中蒸發(fā)出來的氯代有機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，時間長了容易損害人的呼吸器官，嚴重影響人們的身體健康。而使用臭氧則不會產(chǎn)生此種問題，臭氧的消毒過程是個完全的氧化過程，唯一的產(chǎn)物就是溶解氧，因而可長期保證水質的良好。

   ５、臭氧是最強的氧化劑，可有效分解水中的有機高分子化合物，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)出美麗的淺藍色。水質完全符合國際泳聯(lián)及國際衛(wèi)生組織的水質標準。

   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)過程中不必考慮搬運或儲藏的問題，臭氧發(fā)生器操作使用非常簡單，具有很高的安全性，日常管理和維護工作也較簡單。

   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，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)氣體流量計到達臭氧發(fā)生器，空氣流動于兩個高壓場之間，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１２ＫＶ的交流電產(chǎn)生無聲放電。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

   下面以德國普羅名特制造的ＢＯＮＡ ＺＯＮ型臭氧發(fā)生器為例，簡要說明臭氧發(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柜式箱體內(nèi)（詳見下圖一、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)過氣體流量計被送入到臭氧發(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)生無聲放電，使空氣中的氧氣轉變成臭氧。產(chǎn)生的臭氧立即與待消毒的循環(huán)過濾水充分混合來進行消毒。

   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，一般都采用負壓投加的方式進行消毒，以保證水處理機房中臭氧消毒系統(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，一般設置一個加壓水泵，使壓力水經(jīng)過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。隨后進入反應罐，整個臭氧氣與水混合接觸時間至少２～３分鐘，這個階段稱為接觸氧化，是臭氧消毒的主要完成階段。經(jīng)過這個裝置消毒滅菌之后流出來的水就是干凈無菌的。

   臭氧有毒，它在水中的濃度超過０．０５ｍｇ／ｌ時，會對人產(chǎn)生危害和對設備造成腐蝕；而且在泳池中施放后，還會降低水的透明度。所以必須將殘余臭氧通過吸附器加以去除。在反應罐和活性碳罐上部都分別裝有自動排氣閥，能自動將未溶解的臭氧、空氣和多余臭氧及時排出，經(jīng)過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間的長短。臭氧的投加量與水溫和水的接觸時間以及消毒方式都有關，如果通過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物，但同時產(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的事，所以在投加臭氧進行消毒的反應罐之后都必須增加活性碳罐。因為活性碳對殘余氧化物有很好的吸附能力。活性碳不僅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，以及除水中的有機物。所以，對改善游泳池的水質是非常有效的。

   三、臭氧消毒系統(tǒng)在游泳池水處理中的實際應用：

   臭氧在游泳池水處理消毒系統(tǒng)中的實際應用有以下幾種流程：

   １、全循環(huán)流量飽和臭氧消毒系統(tǒng)

   其特點是：游泳池全部循環(huán)水量，經(jīng)過砂濾后，注入０．８～１．２ｐｐｍ的Ｏ３經(jīng)過反應罐進行不少于２分鐘的接觸反應，再進入活性碳對殘余臭氧和其它雜質、異味進行過濾吸附，然后回到游泳池。

   目前世界級、國家級競賽游泳池及池水衛(wèi)生要求很高，人數(shù)負荷很高的游泳池和水上游樂池、宜采用這種循環(huán)水過濾與殘余臭氧吸附過濾分開設置的全部循環(huán)水進行消毒的全流量臭氧消毒系統(tǒng)。

   見圖 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-砂過濾罐；5-臭氧混合器；6-反應罐；7-剩余臭氧吸附過濾器；8-加熱器；9-臭氧發(fā)生器；10-負壓臭氧投加器；11-加壓泵；12-臭氧監(jiān)測器；13-臭氧尾氣處理器；14-長效消毒劑投加裝置；15-PH調整投加裝置；16-風泵；17-混凝劑投加裝置；18-PH探測器；19-余氯探測器；20-臭氧取樣點。

   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。這種消毒方式既保證了消毒效果，又能保證池水水質。但這種方式設備多（除過濾罐外，還有混合器、反應罐及殘余臭氧吸附過濾器等）、造價高。世界級和國家級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２５％的循環(huán)水量投加臭氧進行消毒，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，進行稀釋并利用分流消毒水中剩余臭氧繼續(xù)進行消毒。這種消毒方式減小了反應罐的體積，取消了活性碳吸附過濾罐，從而減小了占地面積，降低了投資和運行成本，并且又能保證消毒殺菌效果。這種消毒方式增加設備不多，且體積較小，最適宜用于原有游泳池的改造。

   見圖二 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-砂過濾罐；5-臭氧混合器；6-反應罐；7-臭氧尾氣處理器；8-臭氧發(fā)生器；9-負壓臭氧投加器；10-長效消毒劑投加裝置；11-流量計；12-加熱器；13-加壓泵；14-混凝劑投加裝置；15-PH調整投加裝置；16-風泵；17-pH值探測器；18-氯探測器；19-臭氧取樣點；20-臭氧監(jiān)測器。

   四、影響臭氧消毒的因素

   1、 PH

   用臭氧氣對游泳池水進行消毒時，若ＰＨ值增高，則所需濃度必須增加。因為盡管ＰＨ值的變化對臭氧的消毒能力影響不大，但是ＰＨ值的增長會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、偏堿都應及時加藥進行調整。

   2、水溫

   因為水溫越高，臭氧的溶解度越小。溫度降低，有利于臭氧的溶解，可增強其消毒作用，甚至在０℃時，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，臭氧量應相應地增加，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

   池水的渾濁度過高，殺菌效力大大降低。因此對于濁度較高的水消毒時，應先澄清和過濾，然后再用臭氧消毒。水的色度對臭氧消毒效果也有影響，有人試驗，水的色度每增加一個單位，臭氧的滅菌用量要增加0.1~2mg/l。此外有機物可降低其殺菌作用。

   近年來關于臭氧用于游泳池水處理消毒方面得到了很快的發(fā)展。正因為臭氧消毒水，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物，所以，在人類重視健康的今天，越來越多的國家將臭氧消毒廣泛應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，國外很早就在游泳池中采用臭氧消毒，目前國內(nèi)新建的大型游泳場館也開始采用了臭氧消毒。但是，臭氧消毒也存在一些缺陷：如臭氧消毒設備一次性投資較大，能源電耗多，相對氯制劑臭氧無持續(xù)消毒功能。所以，為了防止新的交叉感染和應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準規(guī)定。相信隨著科技的進步和體育產(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)中的應用必將越來越廣泛、深入。