臭氧接觸氧化接觸池優化研究
中國已有75個飲用水廠采用臭氧-生物活性炭工藝對水進行深度處理。然而,在臭氧接觸池的設計和運行中,普遍存在臭氧總投加量和三段式臭氧投加比確定不合理的問題。因此,研究基于臭氧接觸池的臭氧接觸氧化模型,對臭氧接觸池中臭氧的傳質和反應進行模擬,具有重要的實際意義。
本文建立了基于鼓泡柱的臭氧接觸氧化模型,并通過研究臭氧在地下水和腐殖酸配水中的傳質和氧化效果對模型進行了驗證。在此基礎上,建立了基于臭氧接觸池的臭氧接觸氧化模型,并提出了優化臭氧投加比和總臭氧投加量的方法。
研究表明:(1)基于雙膜理論和臭氧反應動力學,分別在臭氧降解為一級反應和非一級反應兩種情況下,建立了臭氧接觸傳質模型。當反應符合一級反應時,得到了模型的解析解;當反應不符合一級反應時,分別基于有機物消耗和臭氧消耗,得到了模型的數值解。(2)分別以地下水和腐殖酸配水作為水源,對該模型進行驗證。結果表明,以地下水作為水源時,該模型能準確預測出水液相臭氧濃度和尾氣臭氧濃度,誤差不超過20%;出水液相臭氧濃度隨著進氣濃度、進氣流量和水深的增加而增加,隨著進水流量的增加而減少,在相同條件下逆向流比同向流傳質效率更高。當以腐殖酸配水為水源時,臭氧的降解過程不符合一級反應動力學。此時,若以基于臭氧消耗的臭氧反應動力學模型對臭氧消耗曲線進行擬合,其中的臭氧反應速率常數和臭氧消耗量之間呈指數關系,此時對不同臭氧投加量下出水液相臭氧濃度進行擬合,擬合效果較好,誤差小于18%。(3)建立了基于臭氧接觸池的臭氧傳質氧化模型,并分析了其靈敏度。在此基礎上,對臭氧接觸池進行優化。此時,需要首先在某一個臭氧總投加量下,根據臭氧利用率高,確定三段的臭氧投加比。在此基礎上,根據出水中余臭氧濃度調整總臭氧投加量。結果顯示,對于三種不同性質的水,隨著水質消耗臭氧速率從慢到快,其臭氧投加比分別為7:3:0,4:4:2和4:3:3,總臭氧投加量分別為0.9~1.1 mg/L,1.1~1.3 mg/L和1.5~1.7 mg/L。在本文中,通過測定某水質的臭氧衰減曲線,可以確定臭氧接觸池總臭氧投加量和三段式臭氧投加比,對水廠的臭氧接觸池優化運行具有一定的指導意義。
