光催化臭氧化技術在泳池消毒中的應用
1、引言
隨著我國的(de)(de)(de)(de)經濟不斷(duan)發展，人民對文化和(he)體育活動(dong)的(de)(de)(de)(de)要求越(yue)來(lai)越(yue)高(gao)，游泳(yong)場(chang)館(guan)及戲水(shui)娛樂場(chang)所(suo)在我國必將越(yue)來(lai)越(yue)普(pu)及。游泳(yong)池是運(yun)動(dong)員進(jin)行訓練比賽及人們鍛煉身體、娛樂的(de)(de)(de)(de)公共場(chang)所(suo)，在游泳(yong)池的(de)(de)(de)(de)建(jian)設和(he)改(gai)造中，池水(shui)的(de)(de)(de)(de)循(xun)環處理與消(xiao)毒是必不可(ke)少的(de)(de)(de)(de)環節，因為(wei)在水(shui)資源相當緊張(zhang)的(de)(de)(de)(de)21世(shi)紀(ji)，泳(yong)池采用循(xun)環凈化給水(shui)系統已是共識(shi)，而消(xiao)毒若(ruo)達不到一定的(de)(de)(de)(de)要求，泳(yong)池就很有可(ke)能成為(wei)疾(ji)病或嚴重傳染病的(de)(de)(de)(de)擴散場(chang)所(suo)。
針對游(you)泳(yong)場(chang)所(suo)(suo)衛(wei)生(sheng)問題，衛(wei)生(sheng)部(bu)于1996年(nian)修訂頒布了國家標準GB9667《游(you)泳(yong)場(chang)所(suo)(suo)衛(wei)生(sheng)標準》，其中對余氯、渾濁度、尿(niao)素(su)、大腸菌群數等(deng)指標進(jin)行(xing)了規(gui)定，具體例舉如下：
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該標(biao)(biao)準頒布后，原建設(she)(she)部(bu)(bu)行業標(biao)(biao)準CECS14:89《游泳(yong)池(chi)給(gei)水(shui)(shui)排水(shui)(shui)設(she)(she)計規(gui)范》的(de)部(bu)(bu)分條(tiao)文(wen)和內容已(yi)不能(neng)滿(man)足社會發展和標(biao)(biao)準的(de)要求(qiu)。鑒于此，建設(she)(she)部(bu)(bu)建筑設(she)(she)計院、國(guo)家體(ti)育總局(ju)游泳(yong)運動管理中心、中國(guo)游泳(yong)運動協會等三家單位聯合主編了新(xin)的(de)CECS14:2002《游泳(yong)池(chi)和水(shui)(shui)上游樂池(chi)給(gei)水(shui)(shui)排水(shui)(shui)設(she)(she)計規(gui)范》。在該標(biao)(biao)準池(chi)水(shui)(shui)消毒中，首先引出了臭氧消毒方(fang)案，在其條(tiao)文(wen)說(shuo)明中是這樣描述的(de)：
臭氧(yang)用(yong)于(yu)游泳(yong)池(chi)水(shui)(shui)的(de)消(xiao)毒，歐(ou)美國(guo)家已經普遍采用(yong)。我國(guo)九十年代(dai)開始(shi)(shi)采用(yong)。由于(yu)具有很好的(de)消(xiao)毒和(he)改(gai)善池(chi)水(shui)(shui)水(shui)(shui)質的(de)效果。近些年來開始(shi)(shi)大量應(ying)用(yong)于(yu)游泳(yong)池(chi)水(shui)(shui)的(de)消(xiao)毒。它的(de)優缺點如下：
⑴臭氧消毒的優點：
①臭氧為強氧化劑、殺菌(jun)能(neng)力強。不僅能(neng)殺滅細菌(jun)、大腸桿菌(jun)，還能(neng)殺死病毒(du)。
②臭氧能將水(shui)中(zhong)的(de)有(you)機物(wu)氧化為(wei)無(wu)機物(wu)或(huo)易被吸附的(de)其(qi)它(ta)中(zhong)間(jian)物(wu)質(zhi)，經后續的(de)活性炭過濾器予以吸附而去除。從而使池水(shui)清澈發(fa)藍、透(tou)明度好、池水(shui)無(wu)刺激性、無(wu)異味，對眼、皮膚和頭發(fa)無(wu)傷害，并能使游泳池周圍的(de)空氣清新和游泳者有(you)舒適感。
③臭氧是(shi)以空氣為原料，通(tong)過無聲放(fang)電方(fang)法制備(bei)臭氧，操作(zuo)方(fang)便。
④臭氧(yang)具有(you)增(zeng)強(qiang)絮凝能力(li)的功能，不會導致池水中有(you)害(hai)物質(zhi)和含鹽(yan)量的增(zeng)加(jia)。
⑤采(cai)用活性炭濾料吸附池(chi)水中(zhong)多(duo)余的臭氧和其他(ta)物質(zhi)，保證了(le)安全，且提高了(le)池(chi)水的潔凈度。
⑥臭氧氧化(hua)池(chi)水中的有機(ji)物，不產生三氯甲烷（THM）（目前游泳池(chi)池(chi)水的此項水質(zhi)指標大都(dou)嚴重超標）。并(bing)能限制有機(ji)物和無機(ji)物的濃度(du)。
⑦設有保護(hu)系(xi)統和多余臭氧(yang)氣體的收集消化裝置，安(an)全可(ke)靠。
⑵臭氧消毒的缺點：
①設備(bei)投資(zi)大（高于普通消(xiao)毒系(xi)統(tong)的70~80%）。
②機房面(mian)積大（約為普通消(xiao)毒系(xi)統(tong)的2倍）。
③相對氯，臭氧無持續消毒功能。
④臭氧不穩定，且在水中不容易溶解，故要在水處理系統內部產生和應用。
2、光催化臭氧化（O3/UV）技術(shu)
近幾年來(lai)，臭氧(yang)由于其(qi)優(you)良(liang)的(de)(de)(de)殺菌消(xiao)毒(du)特性以及發(fa)生(sheng)成本(ben)的(de)(de)(de)不斷下(xia)降，因此受到越(yue)(yue)(yue)來(lai)越(yue)(yue)(yue)多(duo)的(de)(de)(de)水(shui)處理廠家的(de)(de)(de)重視，使(shi)用臭氧(yang)作為殺菌消(xiao)毒(du)的(de)(de)(de)單位(wei)也越(yue)(yue)(yue)來(lai)越(yue)(yue)(yue)多(duo)。然而，在游(you)泳(yong)池(chi)中單一使(shi)用臭氧(yang)處理中還存在一定的(de)(de)(de)缺陷：
1)臭(chou)氧(yang)投加(jia)量(liang)(liang)大（臭(chou)氧(yang)投加(jia)量(liang)(liang)為(wei)0.6~1.0mg/l），成本相對(dui)較高；
2)因為(wei)(wei)臭氧與水接觸(chu)(chu)反(fan)應(ying)時(shi)間(jian)應(ying)滿足CT≥1.6(C－臭氧投(tou)加量mg/l，T－臭氧與水接觸(chu)(chu)反(fan)應(ying)所需要的時(shi)間(jian)min),為(wei)(wei)保證(zheng)臭氧與水的接觸(chu)(chu)時(shi)間(jian)，反(fan)應(ying)罐往往做的體積較大，成(cheng)本也較高；
3)為確保池(chi)水水面(mian)上的(de)空氣中臭氧濃度(du)含量(liang)不超(chao)過0.10mg/l，要(yao)用(yong)(yong)活(huo)性炭吸附罐來分解水中剩余的(de)臭氧，對于標準型游泳池(chi)來說，活(huo)性炭罐體積會(hui)很龐大，不僅增(zeng)加了工程(cheng)成本，后期維護(hu)費用(yong)(yong)也很高。
光(guang)(guang)催化臭氧化（O3/UV）是將臭氧與紫(zi)外光(guang)(guang)輻(fu)(fu)射（波長(chang)在(zai)180-300nm之間）相結合(he)的(de)一種高(gao)級氧化過(guo)程，它始于20世紀70年代，主要用于解(jie)決(jue)有毒(du)害且(qie)無法生物降解(jie)物質的(de)廢水(shui)處理問題。80年代以來(lai)，研(yan)究范圍擴大(da)到飲(yin)用水(shui)的(de)深度處理。這(zhe)種方法由Garrison等(deng)人(ren)在(zai)治(zhi)理含(han)復(fu)雜鐵氰鹽廢水(shui)中(zhong)開發出來(lai)，他們發現該法對處理難氧化的(de)物質十分有效，試驗表明，將紫(zi)外光(guang)(guang)輻(fu)(fu)射與臭氧相結合(he)，能使(shi)氧化速度提高(gao)10～104倍。
光催(cui)化臭(chou)氧化（O3/UV）技(ji)術現主要應用于如下方面：
A、半導體產業:對TOC去除
B、TFT-LCD產業:TOC,酸(suan)性物質的去(qu)除
C、電鍍產業:毀壞氰化物,EDTA
D、采礦:去除氰化物
E、木材加工:去酚
F、石油化學制品:去除BTEX（苯(ben)、甲苯(ben)、乙(yi)苯(ben)和二(er)甲笨）和汽油添加(jia)劑MTBE
G、核能:去除TOC
H、煉油廠:氯乙烯
I、易爆的制造業(ye):TNT
J、藥品制造業:去除TOC、內毒素
液相臭氧(yang)在(zai)紫(zi)外光(guang)的輻(fu)射下會(hui)分解(jie)產(chan)生(sheng)活潑的次生(sheng)氧(yang)化劑(ji)OH自由(you)基(ji)(ji)。OH自由(you)基(ji)(ji)與水中的溶解(jie)物進行(xing)反應。其中對自由(you)基(ji)(ji)產(chan)生(sheng)的機理(li)存在(zai)兩種解(jie)釋，即：
O3+hv-----O+O2
O+H2O----2OH
和O3+H2O+hv----H2O2+O2
H2O2+hv----2OH
盡(jin)管現在還不能確定(ding)哪種機理正確或在產生OH過程中占主導(dao)地位，但它們都(dou)得出1mol臭氧在紫外光輻射下(xia)產生2molOH這(zhe)一(yi)結(jie)論(lun)。
臭氧－紫(zi)外（O3/UV）聯合作用(yong)機理為：
a)紫外光輻射(she)下，有機物(wu)的鍵發(fa)生(sheng)斷裂(lie)而直接分(fen)解(jie)；
b)紫外光輻射下(xia)，水(shui)中臭(chou)氧分解成更強氧化能(neng)力的(de)自由基(ji)，增加了對水(shui)中有機物的(de)氧化能(neng)力和(he)速度；
c)紫外光輻射使有(you)(you)機物(wu)外層電子處于激發態(tai)，提高分(fen)子的自由能，使有(you)(you)機物(wu)分(fen)子活(huo)化(hua)，從(cong)而易(yi)于在氧化(hua)劑(ji)臭氧的作用下氧化(hua)分(fen)解。
3、各種方法對自來水中大腸桿菌滅菌率比較
在自(zi)來水各項(xiang)基本指(zhi)標都(dou)相同的條件下，用O3、UV、O3/UV分別做大腸桿菌(jun)殺菌(jun)率對(dui)比試驗，結果如圖一所示
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由以上試驗可(ke)(ke)(ke)知，臭(chou)(chou)氧(yang)－紫(zi)(zi)外（O3/UV）聯(lian)合(he)作用(yong)(yong)(yong)效(xiao)果不(bu)僅超過(guo)單(dan)獨(du)臭(chou)(chou)氧(yang)和單(dan)獨(du)紫(zi)(zi)外線(xian)的(de)(de)(de)作用(yong)(yong)(yong)，甚(shen)至(zhi)超過(guo)兩者的(de)(de)(de)疊(die)加(jia)。在實(shi)際應用(yong)(yong)(yong)中(zhong)，在游泳(yong)池中(zhong)采用(yong)(yong)(yong)臭(chou)(chou)氧(yang)－紫(zi)(zi)外法會比單(dan)一(yi)使(shi)用(yong)(yong)(yong)臭(chou)(chou)氧(yang)減(jian)少臭(chou)(chou)氧(yang)投加(jia)量50％以上。同時，由于(yu)紫(zi)(zi)外光(guang)輻射的(de)(de)(de)作用(yong)(yong)(yong)，水(shui)(shui)(shui)中(zhong)的(de)(de)(de)臭(chou)(chou)氧(yang)多數(shu)轉化(hua)(hua)為自由基(ji)OH，并(bing)且紫(zi)(zi)外線(xian)對水(shui)(shui)(shui)中(zhong)剩(sheng)余(yu)的(de)(de)(de)臭(chou)(chou)氧(yang)有分解和破(po)壞作用(yong)(yong)(yong)，通過(guo)測(ce)試水(shui)(shui)(shui)中(zhong)臭(chou)(chou)氧(yang)剩(sheng)余(yu)濃度(du)可(ke)(ke)(ke)知，經過(guo)紫(zi)(zi)外光(guang)輻射后水(shui)(shui)(shui)中(zhong)剩(sheng)余(yu)臭(chou)(chou)氧(yang)的(de)(de)(de)濃度(du)低于(yu)0.05mg/l，這樣使(shi)水(shui)(shui)(shui)中(zhong)揮發到(dao)空氣中(zhong)的(de)(de)(de)臭(chou)(chou)氧(yang)濃度(du)低于(yu)國家(jia)安全(quan)排放標準成(cheng)為可(ke)(ke)(ke)能(neng)。同時可(ke)(ke)(ke)以不(bu)用(yong)(yong)(yong)活(huo)性炭罐(guan)(guan)對水(shui)(shui)(shui)中(zhong)臭(chou)(chou)氧(yang)進行吸附，減(jian)少了工程成(cheng)本。再(zai)有，紫(zi)(zi)外光(guang)輻射與臭(chou)(chou)氧(yang)相結合(he)，能(neng)使(shi)氧(yang)化(hua)(hua)速度(du)提高10～104倍，因此，大(da)(da)大(da)(da)縮小了臭(chou)(chou)氧(yang)反應罐(guan)(guan)的(de)(de)(de)體積(ji)，甚(shen)至(zhi)不(bu)用(yong)(yong)(yong)反應罐(guan)(guan)，而(er)利用(yong)(yong)(yong)管道的(de)(de)(de)長度(du)來增加(jia)臭(chou)(chou)氧(yang)與水(shui)(shui)(shui)的(de)(de)(de)混合(he)時間。
4、光催化(hua)臭(chou)氧(yang)化(hua)（O3/UV）技(ji)術(shu)在游(you)泳池中的(de)應用特點
UV-O3系統的(de)高效氧化過程其(qi)優(you)點可歸納如下：
●環保(bao)：無二次(ci)污染，除(chu)游泳池(chi)(chi)異味，免發質損傷，消除(chu)池(chi)(chi)水對人眼睛和皮膚的刺激。
●節水：反洗水減少50%，總節水20%。
●省藥(yao)：池水(shui)混(hun)凝(ning)劑和氯制劑可減少80%
●高效：殺菌(jun)(jun)能(neng)力和(he)殺菌(jun)(jun)速度(du)大幅提高，避免使用活性炭罐的(de)麻煩及(ji)衛生方面的(de)問(wen)題。
●便捷(jie)：需(xu)用廠房面積小，安裝、操作(zuo)容易，維護也較簡單。
●自(zi)然(ran)：可以有效去(qu)除氯氣味，空氣清新，水質潔凈，蔚藍透(tou)明
●成本(ben)(ben)低：，是單一使用臭氧成本(ben)(ben)的(de)1/2。
5、游泳池光催(cui)化(hua)臭氧化(hua)系統選擇(ze)與設計的主要考慮因(yin)素
a)主要設計依據
水質評價應按GB9667-1996《游泳(yong)場(chang)所衛(wei)生標準(zhun)》要求(qiu)進行，設(she)計(ji)(ji)主要應依(yi)據CECS14-2002《游泳(yong)池(chi)和水上游樂池(chi)給水排水設(she)計(ji)(ji)規(gui)范》，人(ren)員負荷(he)設(she)計(ji)(ji)等可參考DIN19643《游泳(yong)池(chi)與浴池(chi)水的(de)處(chu)理(li)(li)》等。過濾器應符合《JB2932水處(chu)理(li)(li)環保設(she)備制造技(ji)術(shu)條件》等。
b)水處(chu)理循(xun)環方式、循(xun)環周期和流量
池(chi)水凈化處理循環方式有順流(liu)、逆流(liu)、混合流(liu)三種(zhong)，規(gui)范池(chi)、比賽池(chi)應采用混合流(liu)凈化處理循環方式。
循環周期：Tx=24/n（h），n為每天循環次數，公(gong)共游(you)泳池一般為4-6次。
循環流量：qx=αf·V/Tx其中Tx循環周(zhou)期，αf為(wei)管道、凈水設備和補給水箱的水容積系數，一(yi)般按1.1-1.2選取，V為(wei)游(you)泳池的水容積。
c)臭氧投加量的確定(ding)：
以標(biao)準游(you)泳(yong)池(chi)（21mX50m,水深1.8m）為例(li)：標(biao)準池(chi)水量1890m3
采用分流量投加
臭氧投加量：0.6-1.0mg/L，
如(ru)以標準泳池為例(li)，qx=1.1·1890/6=340噸(dun)/小時
如采用分流量(liang)投加，一般分流量(liang)為(wei)全(quan)流量(liang)的25%，上(shang)述例則為(wei)340/4=85m3/h。
單一臭氧投(tou)(tou)(tou)加量(liang)：D=qx·投(tou)(tou)(tou)加量(liang)，,投(tou)(tou)(tou)加量(liang)0.8mg/l，則D=68克/小時。
考慮到(dao)紫外光催化(hua)的(de)作用，實(shi)際(ji)的(de)臭氧(yang)投加量為(wei)68X50％＝34克/小時（可選擇(ze)40g/h的(de)臭氧(yang)發生器(qi)一臺即(ji)可）。
注：臭氧投加量(liang)大小的(de)選擇必(bi)須(xu)考慮(lv)混合(he)系統的(de)混合(he)效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)后才能決(jue)定(ding)，如果混合(he)系統混合(he)效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)低，就要(yao)相應采用高數(shu)值的(de)臭氧投加量(liang)。效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)高可以低數(shu)值臭氧投加量(liang)。
d)臭氧投加方式：
標準要求負壓(ya)投加，一(yi)般采用(yong)射流或氣(qi)(qi)液混(hun)合泵吸入法,實踐(jian)表明(ming)氣(qi)(qi)液混(hun)合泵混(hun)合效率(lv)可高(gao)達80％左右(you)，因此本(ben)方案(an)采用(yong)氣(qi)(qi)液混(hun)合泵進行臭氧與水的混(hun)合。
e)紫外線的選擇
紫外(wai)線消毒設備(bei)可根據(ju)分流量水量略放大一(yi)些(xie)，選取(qu)標準設備(bei)即可。此例可選用100t/h的紫外(wai)線設備(bei)，功率700W。
6、工藝流程圖
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結論：
1、臭氧—光催化(hua)系(xi)統對游泳池水的消毒效率大于單(dan)獨使用臭氧或(huo)紫外(wai)線,具(ju)有廣(guang)泛的推廣(guang)價值(zhi)。
2、臭氧—光催(cui)化系(xi)統降(jiang)低了(le)游泳(yong)池的消毒成本(ben)，消毒系(xi)統體積(ji)小(xiao)，安裝、操作、維護簡單方便。
3、臭氧(yang)與紫外(wai)線(xian)相(xiang)結合的技術具有(you)良好(hao)的研究開(kai)發價值和(he)廣(guang)闊的應用前(qian)景
參考文獻：
1、《Handbook of Ozone Technologyand Application》R.G.Rice
2、《水(shui)與廢水(shui)的臭(chou)氧處理》徐新華(hua)、趙(zhao)偉榮(rong)
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