一、在水廠一體化凈水設(shè)備中的作用

1. 殺菌消毒
   • 水廠的原水通常含有各種細(xì)菌、病毒、寄生蟲等微生物，臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧憑借其極強(qiáng)的氧化性，能夠迅速破壞這些微生物的細(xì)胞壁、細(xì)胞膜以及內(nèi)部的核酸、蛋白質(zhì)等生物大分子結(jié)構(gòu)，使其失去活性，從而高效殺滅水中的致病微生物，保障出廠水符合飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，有效防止因微生物污染引發(fā)的各類疾病傳播。
   • 例如，對(duì)于常見的大腸桿菌、霍亂弧菌、賈第鞭毛蟲等，臭氧都可以快速將其消滅，而且相比于傳統(tǒng)的氯消毒劑，臭氧對(duì)一些耐藥性較強(qiáng)的微生物也有很好的殺滅效果，能更好地確保水質(zhì)微生物安全性。
2. 氧化分解有機(jī)物
   • 原水中往往存在各類天然有機(jī)物（如腐殖質(zhì)等）以及人工合成有機(jī)物（如農(nóng)藥殘留、工業(yè)污染物等），臭氧可以與這些有機(jī)物發(fā)生氧化反應(yīng)，將復(fù)雜的大分子有機(jī)物逐步分解為小分子有機(jī)物，甚至最終礦化為二氧化碳和水。
   • 這一過程有助于降低水的化學(xué)需氧量（COD）、生化需氧量（BOD），減少水中的有機(jī)污染物含量，不僅使水的口感更好，還能減輕后續(xù)過濾、吸附等工藝的負(fù)擔(dān)，提高整個(gè)凈水設(shè)備的處理效率和出水水質(zhì)。
3. 去除異味和顏色
   • 部分水源可能由于受到污染或地質(zhì)條件等因素影響，帶有異味（如土腥味、霉味等）或呈現(xiàn)不正常的顏色（如發(fā)黃、發(fā)綠等）。臭氧能夠與產(chǎn)生這些異味和顏色的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將其轉(zhuǎn)化為無臭、無色的物質(zhì)，有效改善水的感官性狀，讓出廠水清澈透明、無異味，提升用戶對(duì)飲用水的接受度。
4. 助凝作用
   • 在混凝沉淀環(huán)節(jié)，臭氧可以改變水中膠體顆粒的表面性質(zhì)，使其更容易聚結(jié)形成較大的絮體，有利于后續(xù)沉淀過程中雜質(zhì)的去除，提高混凝沉淀的效果，從而協(xié)同提升整個(gè)一體化凈水設(shè)備的凈水效能。

二、工作原理

1. 高壓放電式臭氧發(fā)生器（常用類型）
   • 通過施加一定頻率的高壓電流制造高壓電暈電場(chǎng)，當(dāng)氧氣（一般采用氧氣型臭氧發(fā)生器，以獲取更高濃度和更純凈的臭氧用于凈水，氣源可來自制氧機(jī)或氧氣瓶等）通過這個(gè)電場(chǎng)時(shí)，氧分子（O?）會(huì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。具體來說，氧分子被分解成氧原子（O），這些活性氧原子再與其他氧分子結(jié)合，進(jìn)而生成臭氧（O?）。
   • 例如，在實(shí)際的水廠設(shè)備中，氧氣經(jīng)過減壓、流量調(diào)節(jié)等預(yù)處理后進(jìn)入發(fā)生器的放電區(qū)域，在電極間形成的高壓電暈作用下，持續(xù)穩(wěn)定地轉(zhuǎn)化為臭氧，然后輸送到相應(yīng)的水處理環(huán)節(jié)中發(fā)揮作用。
2. 紫外線照射式臭氧發(fā)生器（較少用于水廠大規(guī)模凈水）
   • 利用特定波長(zhǎng)（通常為 185nm 左右）的紫外線照射氧分子，促使氧分子分解產(chǎn)生臭氧。不過，由于這種方式產(chǎn)生的臭氧產(chǎn)量相對(duì)較低，且紫外線燈管使用壽命有限、設(shè)備整體效率不高，難以滿足水廠較大規(guī)模的原水消毒和處理需求，所以一般僅在小型水廠或?qū)Τ粞醍a(chǎn)量要求不高的特定凈水場(chǎng)景中應(yīng)用。

三、結(jié)構(gòu)組成

1. 臭氧發(fā)生單元
   • 電極：包含內(nèi)電極和外電極，它們之間形成放電間隙，是產(chǎn)生臭氧的關(guān)鍵部位。電極材料通常選用具有良好導(dǎo)電性和耐腐蝕性的金屬，如不銹鋼等，高壓電通過電極施加到放電間隙中，促使氧分子發(fā)生反應(yīng)生成臭氧。
   • 介電材料：放置在電極之間，像石英管、陶瓷板等都是常見的介電材料，其主要作用是隔離和穩(wěn)定電場(chǎng)，防止電極之間直接短路，同時(shí)有助于提高臭氧產(chǎn)生效率。石英管因其介電強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性好，能承受較高的電壓和溫度，在很多水廠用的臭氧發(fā)生器中被廣泛應(yīng)用。
   • 放電室：為臭氧的產(chǎn)生提供一個(gè)相對(duì)封閉且合適的空間環(huán)境，確保氧分子在特定的電場(chǎng)條件下能夠高效地轉(zhuǎn)化為臭氧。其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)影響臭氧的產(chǎn)量和濃度，常見的有管式放電室和板式放電室，管式放電室電極和介電材料呈管狀排列，結(jié)構(gòu)緊湊、臭氧產(chǎn)生效率高，適用于中大型臭氧發(fā)生器；板式放電室則電極和介電材料呈平板狀排列，多用于小型臭氧發(fā)生器。
2. 氣源系統(tǒng)
   • 氧氣源組件（針對(duì)氧氣型臭氧發(fā)生器）：
     • 氧氣瓶：可直接提供高純度氧氣，適合小型水廠或者在一些臨時(shí)性凈水項(xiàng)目中使用，其優(yōu)點(diǎn)是使用方便，能快速提供氧氣源，但需要定期更換氣瓶。
     • 制氧機(jī)：通過空氣分離等技術(shù)制取氧氣，能夠持續(xù)穩(wěn)定地為臭氧發(fā)生器提供氧氣，是大多數(shù)中型及以上規(guī)模水廠常用的氧氣供應(yīng)方式，滿足長(zhǎng)時(shí)間、穩(wěn)定的臭氧生產(chǎn)需求，保障凈水工藝的連續(xù)運(yùn)行。
     • 減壓裝置和氣體流量調(diào)節(jié)閥：用于精確控制進(jìn)入臭氧發(fā)生單元的氧氣流量，從而根據(jù)水廠的原水水量、水質(zhì)以及不同時(shí)段的凈水要求等因素靈活調(diào)節(jié)臭氧的產(chǎn)量，確保臭氧投加量既能滿足消毒、處理有機(jī)物等需求，又不會(huì)造成浪費(fèi)或因過量投加影響水質(zhì)。
3. 冷卻系統(tǒng)
   • 水冷型：冷卻效果好，通過循環(huán)冷卻水帶走設(shè)備產(chǎn)生的熱量，工作穩(wěn)定，臭氧無衰減，可長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作，適合大型水廠的臭氧發(fā)生器，尤其是那些需要長(zhǎng)時(shí)間、高強(qiáng)度運(yùn)行的設(shè)備，以保證臭氧產(chǎn)量的穩(wěn)定和設(shè)備的正常使用壽命。不過，水冷型結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，需要配套的冷卻塔、水泵、冷卻水管路等設(shè)施，成本也稍高一些。
   • 風(fēng)冷型：利用風(fēng)扇產(chǎn)生的空氣流動(dòng)來冷卻設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，但冷卻效果相對(duì)有限，臭氧產(chǎn)量可能會(huì)隨著設(shè)備溫度升高而有所衰減，一般適用于小型水廠或者臭氧產(chǎn)量需求較小的場(chǎng)合，在這些場(chǎng)景下其散熱能力基本能滿足設(shè)備正常運(yùn)行的需求。
4. 控制系統(tǒng)
   • 參數(shù)調(diào)節(jié)模塊：操作人員可以通過該模塊設(shè)定臭氧發(fā)生器的關(guān)鍵參數(shù)，如臭氧產(chǎn)量、運(yùn)行時(shí)間、啟停控制等，還能根據(jù)水廠原水的流量變化、水質(zhì)波動(dòng)情況等靈活調(diào)整這些參數(shù)。例如，在原水水質(zhì)變差、有機(jī)物含量升高時(shí)，可以適當(dāng)提高臭氧產(chǎn)量，加強(qiáng)對(duì)有機(jī)物的氧化分解和殺菌消毒力度；而在水質(zhì)較好、水量較小時(shí)，則可以相應(yīng)降低產(chǎn)量，節(jié)約能源和運(yùn)行成本。
   • 監(jiān)測(cè)與報(bào)警功能：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)臭氧發(fā)生器的運(yùn)行狀態(tài)，包括設(shè)備溫度、壓力、臭氧濃度、氣源流量等關(guān)鍵參數(shù)，一旦某個(gè)參數(shù)超出正常設(shè)定范圍，系統(tǒng)會(huì)立即發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，提醒操作人員及時(shí)采取措施進(jìn)行處理，同時(shí)還可能自動(dòng)執(zhí)行一些保護(hù)操作，如當(dāng)溫度過高時(shí)自動(dòng)停止設(shè)備運(yùn)行，防止設(shè)備損壞，保障設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
5. 氣液混合裝置（用于將臭氧融入水中）
   • 曝氣裝置：在水廠的反應(yīng)池、沉淀池等部位安裝曝氣頭、布?xì)獍宓炔考瑢⒊粞醢l(fā)生器產(chǎn)生的臭氧氣體以微小氣泡的形式分散到水中，增大臭氧與水的接觸面積，使臭氧能夠更好地溶解在水中，實(shí)現(xiàn)對(duì)原水的消毒、氧化有機(jī)物等處理。這種方式簡(jiǎn)單易行，成本較低，但氣液混合效果相對(duì)一般，可能需要較長(zhǎng)的接觸時(shí)間和較多的曝氣點(diǎn)來保證較好的混合效果，常用于小型水廠或者對(duì)氣液混合要求不是特別高的凈水環(huán)節(jié)。
   • 文丘里射流混合器：利用文丘里管的原理，當(dāng)原水高速流過文丘里管的喉部時(shí)，此處形成低壓區(qū)，將臭氧氣體吸入并與水在高速流動(dòng)且壓力變化的環(huán)境下充分混合，混合效率較高，能在較短時(shí)間內(nèi)使臭氧較好地溶解在水中，但對(duì)水流速度和壓力有一定要求，設(shè)備安裝和調(diào)試相對(duì)復(fù)雜一些，在許多中大型水廠的一體化凈水設(shè)備中應(yīng)用較多。
   • 氣液混合泵：把臭氧氣體引入到泵的吸入端，借助泵葉輪的高速旋轉(zhuǎn)，對(duì)臭氧和水進(jìn)行加壓混合，使臭氧在水中的溶解度大大提高，并且可以直接將混合好的臭氧水輸送到后續(xù)的凈水工藝環(huán)節(jié)，操作相對(duì)簡(jiǎn)便，但氣液混合泵的流量和揚(yáng)程有一定限制，適用于處理水量適中的水廠凈水場(chǎng)景。

四、優(yōu)勢(shì)

1. 高效性：臭氧具有很強(qiáng)的氧化能力，在水廠凈水過程中能快速實(shí)現(xiàn)殺菌、氧化有機(jī)物、去除異味和顏色等多種功能，處理效率高，可以在較短時(shí)間內(nèi)顯著改善原水的水質(zhì)狀況，滿足水廠連續(xù)穩(wěn)定的供水要求，尤其是在應(yīng)對(duì)突發(fā)的水源污染等情況時(shí)，能夠迅速發(fā)揮作用，保障供水安全。
2. 無殘留污染：與使用含氯消毒劑等傳統(tǒng)方法不同，臭氧消毒處理后會(huì)自行分解為氧氣，不會(huì)在水中留下有害的化學(xué)殘留物，避免了因化學(xué)殘留對(duì)人體健康的潛在危害，如余氯超標(biāo)可能對(duì)人體皮膚、呼吸道等造成的刺激，也不會(huì)對(duì)水廠的管道、設(shè)備等造成腐蝕，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，更加環(huán)保健康。
3. 廣譜性：對(duì)原水中常見的各種細(xì)菌、病毒、真菌、藻類以及不同類型的有機(jī)物等都有良好的處理效果，適用范圍廣泛，無論是地表水、地下水還是其他類型的水源，都能通過臭氧發(fā)生器的作用有效提升水質(zhì)，使其符合飲用水或其他用水標(biāo)準(zhǔn)。
4. 協(xié)同提升凈水效果：除了自身的消毒、氧化等功能外，臭氧還能在混凝沉淀等環(huán)節(jié)起到助凝作用，與其他凈水工藝相互配合、協(xié)同增效，進(jìn)一步優(yōu)化整個(gè)一體化凈水設(shè)備的凈水效能，降低綜合凈水成本，提高出水水質(zhì)的穩(wěn)定性和可靠性。

五、應(yīng)用注意事項(xiàng)

1. 臭氧濃度控制：要嚴(yán)格控制水中的臭氧濃度，過高可能對(duì)人體健康有害，過低則無法達(dá)到良好的消毒、處理有機(jī)物等效果。一般根據(jù)水廠的原水水量、水質(zhì)、供水用途等因素合理調(diào)節(jié)臭氧發(fā)生器的產(chǎn)量和投加時(shí)間，使水中臭氧濃度維持在合適區(qū)間，例如在飲用水處理時(shí)，水中臭氧濃度通?？刂圃?0.2 - 0.5mg/L 左右。可通過安裝在線臭氧濃度監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)掌握水中臭氧含量，并反饋給控制系統(tǒng)來精準(zhǔn)調(diào)節(jié)臭氧發(fā)生器的運(yùn)行參數(shù)。
2. 人員安全防護(hù)：由于臭氧對(duì)人體有刺激性，在設(shè)備運(yùn)行過程中，操作區(qū)域要保持良好通風(fēng)，避免臭氧積聚。操作人員應(yīng)佩戴防毒面具、防護(hù)手套等防護(hù)用品，在設(shè)備維護(hù)、檢修等工作前，要確保設(shè)備停止運(yùn)行且充分通風(fēng)，排出殘留臭氧后再進(jìn)行操作。另外，還需對(duì)設(shè)備所在區(qū)域設(shè)置明顯的警示標(biāo)識(shí)，提醒無關(guān)人員勿靠近。
3. 設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)：定期檢查臭氧發(fā)生器的電極、介電材料、電源等部件是否正常，及時(shí)更換老化、損壞的部件；清潔氣液混合裝置，保證氣液混合效果；檢查輸送管道有無堵塞、泄漏情況；對(duì)尾氣處理裝置也要定期維護(hù)，如更換催化劑、活性炭等耗材，確保尾氣處理達(dá)標(biāo)。同時(shí)，要按照設(shè)備制造商的建議，定期對(duì)整個(gè)臭氧發(fā)生器系統(tǒng)進(jìn)行全面的保養(yǎng)和校準(zhǔn)，確保其性能穩(wěn)定可靠。
4. 與其他凈水工藝配合：雖然臭氧消毒有諸多優(yōu)勢(shì)，但通常不能單獨(dú)完成水廠的全部?jī)羲蝿?wù)，往往需要與沉淀、過濾、吸附等其他凈水工藝相互配合。例如，在臭氧消毒前，最好先通過沉淀、過濾等工藝去除水中的較大顆粒雜質(zhì)、懸浮物等，以提高臭氧與水的混合效果和消毒效率；在消毒后，可能還需要進(jìn)行水質(zhì)的酸堿度調(diào)節(jié)、添加適量的水質(zhì)穩(wěn)定劑等，確保出水的各項(xiàng)指標(biāo)穩(wěn)定且符合相應(yīng)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

六、應(yīng)用案例

1. 某中型地表水廠
   • 該水廠日處理水量為 5 萬立方米，原水取自附近河流，水源受到周邊農(nóng)業(yè)面源污染以及生活污水排放的影響，水質(zhì)較差，存在微生物超標(biāo)、有機(jī)物含量較高、有明顯異味等問題。
   • 水廠采用了氧氣型高壓放電式臭氧發(fā)生器結(jié)合文丘里射流混合器的凈水方案。臭氧發(fā)生器的臭氧產(chǎn)量根據(jù)原水水質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，在進(jìn)水口處投加臭氧，使水中臭氧濃度維持在 0.3 - 0.4mg/L 左右。
   • 經(jīng)過臭氧處理后，水中細(xì)菌總數(shù)、總大腸菌群等微生物指標(biāo)顯著降低，符合國(guó)家飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)；化學(xué)需氧量（COD）降低了約 30%，原水的土腥味等異味基本消除，水的顏色也變得清澈透明。同時(shí)，在后續(xù)的混凝沉淀環(huán)節(jié)，發(fā)現(xiàn)絮體形成更快、更大，沉淀效果明顯提升，整個(gè)一體化凈水設(shè)備的出水水質(zhì)得到了極大改善，保障了周邊居民的飲用水安全和良好的用水體驗(yàn)。
2. 某小型地下水廠
   • 日處理水量為 5000 立方米，原水為地下水，但由于地質(zhì)原因，水中含有鐵、錳等金屬離子以及少量的腐殖質(zhì)，導(dǎo)致水有發(fā)黃、有異味的現(xiàn)象，且微生物指標(biāo)也需進(jìn)一步優(yōu)化。
   • 選用了小型的氧氣型高壓放電式臭氧發(fā)生器與曝氣裝置相配合的方式進(jìn)行處理。通過合理調(diào)節(jié)臭氧產(chǎn)量，使水中臭氧濃度保持在 0.2mg/L 左右，對(duì)原水進(jìn)行消毒、氧化有機(jī)物以及去除鐵、錳等處理。
   • 運(yùn)行一段時(shí)間后，水中的鐵、錳離子被氧化沉淀去除，水的顏色恢復(fù)正常，異味消失，微生物指標(biāo)也達(dá)到了飲用水標(biāo)準(zhǔn)，有效解決了當(dāng)?shù)鼐用耖L(zhǎng)期以來對(duì)飲用水水質(zhì)的困擾，提升了供水質(zhì)量。