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氧气源高浓度臭氧用于泳池工程

 

一、臭氧发生器在泳池中的作用:

1、 臭氧具有最强的杀菌性及灭活病毒的作用,可有效防止传染性疾病的蔓延,实验证明,同样浓度的臭氧杀灭细菌和病毒的效果是氯的600-3000倍。在臭氧浓度为1mg/L时,粪型大肠杆菌的灭活只需要5秒,用同样浓度的氯要达到同样的效果需要15000秒。

2、 臭氧是公认的环保型绿色杀菌剂,不会对环境造成任何二次污染,而氯制剂会与水中的有机物反应生成多种氯化有机化合物,如三氯甲烷、氯仿等,这些物质均为公认的致癌突变物。当人游泳、沐浴时,这些有毒物质会被人体所吸收(在水中人体每小时可吸收500ml水)。水中的氯代有机化合物还会刺激人的眼睛及皮肤,从而引发红眼及皮疹。

3、 从水中蒸发出来的氯代化合物以及氯气等有毒气体,聚集在泳池上方不易散去,损害人的呼吸器官,严重影响人们的身体健康,而使用臭氧则不会产生此种问题。

4、 臭氧是强氧化剂,可有效分解水中的腐殖质,氧化水中的铁、锰离子,分解水中散射光线的微小有机体,从而提高水的清澈度,使水呈现出美丽的蓝色,而氯制剂则无次效果。为使水呈蓝色,使用氯制剂的泳池,往往需加入硫酸铜盐,对人体极为有害。

5、 使用臭氧发生器,可大大降低水处理工艺的管理及操作难度,同时臭氧发生器具有很高的安全性,而氯制剂在运输、储藏、使用时具有一定的危险性。

6、 臭氧可分解水中的有机物且具有微絮凝作用,因而在正常客流量下,可以不用絮凝剂。

7、 在一定的使用条件下,如逆流式、不使用活性炭滤罐,不必投加氯制剂、絮凝剂、PH调节剂,可将臭氧作为水处理的用剂。

二、游泳池水臭氧消毒系统设计:

1.全流量臭氧消毒系统:是全部循环流量都与投加的臭氧充分混合,接触反应。既保证消毒效果,有能保证池水水质。但这种方式设备多(除过滤器外,还有混合器,反应罐及残余臭氧吸附过滤器等),投加大,效果佳,适合大型泳池采用。

u 其特点:游泳池全部循环水量,经过沙滤后,注入0.8-1.0mg/L的o3经过反应罐进行接触反应,再进入活性碳对残余臭氧和其它杂质、异味进行过滤吸附,然后回流到游泳池。

2.分流量臭氧消毒系统:是仅对15-25%的循环量投加臭氧进行消毒,然后再对未投加臭氧的主流循环水量混合,进行稀释并利用分流消毒水中剩余臭氧继续进行消毒,这种消毒方式减少了反应罐的体积,取消了残余臭氧吸附过滤器,从而减少了占地面积,降低了投资,减少了运行成本,有能保证消毒杀菌效果,这种消毒方式增加设备不多,且体积较小,适宜用于原有泳池的改造及小型泳池的使用。 

 

u 其特点:通常用装在旁流管上的射流器把臭氧混入水中,为了保证射流器的进水压力,在旁流管道上安装管道增压泵。射流器后的水和臭氧混合液从上侧进入反应罐充分接触后从下侧出水与泳池循环水主管道相接。旁流管中的水在臭氧浓度下消毒后在和主管中的水混合并产生氧化反应。

 

CT值是臭氧消毒系统的主要设计参数,其中C代表臭氧浓度,以mg/L计;T代表接触时间,以 分计;两者的积CT值表示消毒过程的有效性。例如臭氧浓度为0.4mg/L,接触时间为4min 时的CT值等于1.6。水温越高,反应时间越短,所需的CT值越低。 
     美国环保局(EPA)和职业安全卫生管理局(OSHA)根据试验结果,发表了饮用水的臭氧消毒系统的CT值为1.6。欧洲和加拿大颁布的游泳池水标准中CT值也采用1.6。但游泳池水和饮用水不同:(1)游泳池水封闭循环,每天循环次数最少4次,而饮用水是直流的。(2)随着游泳人数增加,池水所需氧化剂量也要增加。(3)游泳池水温度一般为25℃~40℃,而饮用水温度一般为0.5℃~25℃。(4)游泳池水还要加氯作为辅助消毒剂。(5)游泳池循环水经过滤后加臭氧消毒。因此CT值采用1.6来确定游泳池水臭氧消毒系统的大小是比较安全的。有些地区采用低的CT值0.8,臭氧浓度为0.2mg/L~0.25mg/L,接触时间为3.5min~4min,此时作为辅助消毒的加氯量可减少65%。当氯作为主要消毒剂而臭氧作为精处理消毒剂时,CT 值可小于0.8,臭氧浓度小于0.5mg/L,接触时间小于1min。 
     通常用装在旁流管上的射流器把臭氧导入水中,为了保证射流器的进水压力,在旁流管上安装管道泵加压。射流器后的水和臭氧混合液从上侧进入反应罐充分接触后从下侧出水与游泳池循环水主管相接。旁流管中的水在高臭氧浓度下消毒后再和主管中的水混合并产生氧化反应。商业游泳池水循环周期采用6h,旁流管水流量为循环水主管流量的15%~25%,可保证臭氧在进入主管线前有足够的传质效率和足够的接触时间。 
     用臭氧作为主要消毒剂时CT值采用1.6(0.4mg/L×4min)来确定臭氧系统的大小。根据商业游泳池50~60年来的运行经验,在这样的系统中用ORP控制器可正确控制池水中臭氧浓度。当臭氧发生器产气中臭氧重量浓度等于4%~6%时,ORP控制值为850mV。系统中应有2套ORP监控装置。套ORP控制器的探头装在旁流管上即在反应罐的出水管上,控制臭氧系统的交替开停,使臭氧投加量与游泳人数一致。第二套ORP控制器的探头装在主管上,即在主管与旁流管连接处之后,当游泳池水循环系统的回水管中臭氧浓度过高时关闭臭氧发生器而提供安全保证。上述浓度是指在加辅助氧化剂之前的浓度(加氯量为0.2mg/L~0.5mg/L)。 
     由于旁流水流回主管后至少被稀释4倍,系统中剩余臭氧浓度任何时候都不会超过0.1mg/L,仅有极少量臭氧流到游泳池中或放出剩余臭氧,符合OSHA规定室内游泳池水面上剩余臭氧浓度为0.1mg/L的要求。为了保证安全,在游泳池和水处理设备间应安装臭氧监测仪。 
     射流器尺寸可根据旁流水流量,进出水压力和臭氧发生装置所需的空气流量计算确定。 
     按下式确定臭氧发生器的大小: 
     臭氧发生器产量(g/h)=循环水流量(m3/h)×臭氧投加浓度(g/m3)。例如容积为380m3的游泳池,臭氧投加量为0.4mg/L(g/m3),游泳池水循环周期采用6h,循环水流量为380/6 ≈63m3/h,则臭氧发生器的最小产量应为63×0.4=25.2g/h。反应罐用来使水中无机和有机污染物被溶解的臭氧氧化并进行消毒杀菌,因此设计反应罐时应消除水的短路,保证水在罐内有一定的停留时间。为了使臭氧在水中的溶解度高,含臭氧的水从反应罐上侧进罐,下侧出水。反应罐上部的排气阀应与臭氧破坏装置连接使在进入大气前除去未溶解的臭氧。反应罐的容积按下式确定: 
     反应罐容积(m3)=循环水流量(m3/h)×旁流水百分比(%)×反应时间(h)。例如380m3 游泳池池水循环周期采用6h,循环水流量为63m3/h,旁流水流量为循环水流量的25%,接触时间4min,则反应罐最小容积为63×0.25×0.067=1.05m3。 
     在游泳池水温度范围内,池水中溶解的饱和浓度遵循亨利定律,臭氧发生器产气中臭氧浓度越高,水中饱和浓度也越高,溶解臭氧的传质平衡浓度也越高,消毒性能越好。在选择臭氧发生器时应考虑到这一点。 

三、传统的泳池水处理臭氧消毒法有以下特征:
◆必须有较大容积的臭氧反应器,以保证臭氧与水的接触反应时间不小于2Min


◆保证臭氧与水反应后,水中剩余臭氧浓度不小于0.4mg/l;
◆在进入水池前利用活性炭脱除全部剩余臭氧;
◆臭氧消毒后,投加氯消毒剂,使余氯达到0.3-0.6mg/l。
在实际应用当中,上述方法存在如下问题:
◆臭氧利用率问题;传统的泳池臭氧消毒工艺需要把剩余臭氧脱除。规范要求臭氧投加浓度

在1.0mg/l左右,剩余臭氧浓度大于0.4mg/l,这些剩余的0.4mg/l臭氧未被利用就被脱除了,等于被利用的臭氧只有0.6mg/l左右,其余的臭氧被浪费掉了。而且,将臭氧脱除后,还需要再加氯作为消毒剂。
实际上,如果不脱除臭氧,这些问题有可能得到解决。因此,外都有许多单位对此方法进行了研究和应用。
不脱除臭氧消毒法的理论分析:
传统的泳池臭氧消毒法认为臭氧有一定的毒性,所以要求在臭氧进入泳池之前将水池中的臭氧全部祛除,以防止臭氧对人体产生危害。
我们知道,物质的毒性是与浓度有关的。臭氧在空气中的浓度大于0.1mg/l时能对人体呼吸器官产生刺激,在这个浓度以下,对人体影响不大。
实际测试表明,当臭氧投加量1.0mg/l时,池中臭氧浓度不会超过0.1mg/l。有资料指出,游泳池水的臭氧浓度在0.15mg/l以下时,对人体无害,实际情况也是如此。需要强调指出的是,毒理学试验表明,在相同剂量下,臭氧的毒性低于氯,如果说臭氧在此浓度下对人有害,那么,氯对人体的危害更大。
国外的分析研究表明
◆采用直接投加臭氧的游泳池水处理消毒法在理论上有其可行性;
◆不脱除臭氧消毒法的主要接触反应区域是在游泳池中,所有臭氧都是自由活性分子,都能起到消毒作用;
◆由于臭氧在水中和空气中都会衰减,且半衰期较短,因此不会产生臭氧浓度的累积;
◆臭氧在水中的溶解度远远大于臭氧的投加量,水中的臭氧不会大量析出,不会对人体造成伤害。
◆为了防止臭氧对人体产生危害,传统臭氧消毒法规定了臭氧在水中的剩余浓度;在不脱除臭氧消毒法中,为了保证臭氧的消毒作用,应当规定臭氧的剩余浓度,臭氧浓度不宜低于0.05ppm。
◆对于不脱除臭氧消毒法,应在臭氧剩余浓度和臭氧剩余浓度的范围内,根据实际试验确定合理的臭氧投加量和循环周期。

四、关于臭氧对泳池水处理的几点建议:
    1.泳池采用臭氧消毒时,应采用逆流式循环布水方式,在此情况下,含有臭氧的进水可快速与池水混合,有可能不用投加其它化学剂,如氯、絮凝剂、pH调节剂等,在实际运行中,逆流式布水方式带来的其它好处只有游泳池管理者才能真正体会到,如水面漂浮物容易清除、节水节能、池子清洁工作量小等。
2.泳池水采用臭氧消毒时,不必也不应该脱除剩余臭氧,水中的剩余臭氧不会达到对人造成伤害的浓度。
3.采用逆流式循环不脱除臭氧时,如果池水能按规范进行循环,在正常客流量下,臭氧投加量在0.5mg/l时,可满足消毒需要,但设计时应考虑留出余量。
4.可采用ORP控制器对水中的臭氧浓度进行监测,当池水回水的臭氧浓度偏高(大于0.15ppm)时,关闭臭氧发生器。
5. 过滤对水质起着决定性作用,在滤料粒径在0.6-1.0mm时,如果滤层厚度(不包括承托层厚度)能达到900mm,则臭氧投加量就可减少,否则,投加再多的臭氧也达不到设计要求。
6.几乎所有的资料都在谈论避免过多的臭氧进入游泳者和池边人的肺中。所谓"过多"是指人在8小时内呼吸到的空气中臭氧浓度在0.1ppm以上的情况,这是欧美当局的统一规定。理论分析及实际应用表明,一个典型的为游泳池设计的臭氧发生器是永远不会达到这个浓度的。
7.如果要投加氯制剂,则余氯达到0.1ppm时,即可满足消毒需要。
8.如果采用活性炭,可将其作为一种生物滤料,用以降解水中的有机物和氨氮,此时不应投加杀菌剂以防止其杀灭活性炭上的微生物,并将少量臭氧化水通过活性炭罐。这种情况下臭氧化的目的有两个:一是消毒,另一个是将难以生物降解的有机物分解为可生物降解有机物,提高生物降解有机物的能力。 

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