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臭氧接觸氧化接觸池優(yōu)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(jìn)行深度處理。然而,在臭氧接觸池的設(shè)計(jì)和運(yùn)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(zhì)和反應(yīng)進(jìn)行模擬,具有重要的實(shí)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(zhì)和氧化效果對模型進(jìn)行了驗(yàn)證。在此基礎(chǔ)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(yōu)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(yīng)動力學(xué),分別在臭氧降解為一級反應(yīng)和非一級反應(yīng)兩種情況下,建立了臭氧接觸傳質(zhì)模型。當(dāng)反應(yīng)符合一級反應(yīng)時,得到了模型的解析解;當(dāng)反應(yīng)不符合一級反應(yīng)時,分別基于有機(jī)物消耗和臭氧消耗,得到了模型的數(shù)值解。(2)分別以地下水和腐殖酸配水作為水源,對該模型進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明,以地下水作為水源時,該模型能準(zhǔn)確預(yù)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(jìn)氣濃度、進(jìn)氣流量和水深的增加而增加,隨著進(jìn)水流量的增加而減少,在相同條件下逆向流比同向流傳質(zhì)效率更高。當(dāng)以腐殖酸配水為水源時,臭氧的降解過程不符合一級反應(yīng)動力學(xué)。此時,若以基于臭氧消耗的臭氧反應(yīng)動力學(xué)模型對臭氧消耗曲線進(jìn)行擬合,其中的臭氧反應(yīng)速率常數(shù)和臭氧消耗量之間呈指數(shù)關(guān)系,此時對不同臭氧投加量下出水液相臭氧濃度進(jìn)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(zhì)氧化模型,并分析了其靈敏度。在此基礎(chǔ)上,對臭氧接觸池進(jìn)行優(yōu)化。此時,需要首先在某一個臭氧總投加量下,根據(jù)臭氧利用率高,確定三段的臭氧投加比。在此基礎(chǔ)上,根據(jù)出水中余臭氧濃度調(diào)整總臭氧投加量。結(jié)果顯示,對于三種不同性質(zhì)的水,隨著水質(zhì)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(zhì)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(yōu)化運(yùn)行具有一定的指導(dǎo)意義。