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城市污水臭氧消毒宏观动力学研究

作　者: 杨基成
导　师: 曾抗美
学　校: 四川大学
专　业: 环境工程
关键词: 臭氧消毒动力学溶解和衰减半连续反应器文丘里混合器柱状反应器
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2003年
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内容摘要

随着经济发展和城市化进程的加快，城市缺水问题显得越来越突出。污水回用是解决水资源短缺的重要途径，而消毒是保证回用水水质的一个重要环节。本文以实际污水为实验对象，采用半连续和连续试验装置，比较系统地研究了臭氧在经生化处理的城市污水中的溶解、衰减、消毒过程以及过程动力学。试验结果表明：（1）半连续反应器中，臭氧在处理水中的残余浓度与通气时间成正比例关系，即C=K₀t。当气体流量Q=5～30l/h、pH=7.2～7.4时，比例系数K₀在0.3221～0.3488间变化：当Q=10l/h、pH=6.6～9.0时，比例系数K₀在0.4376～0.1525间变化。臭氧在水中的溶解效率随着气体流量的升高而降低，随着pH值的升高而降低，pH值对臭氧溶解效果的影响比气体流量的影响显著。（2）水中臭氧的衰减速率只与pH值有关，pH值越高，衰减速率越快。在pH=7.2～7.4时，柱状反应器与半连续反应器中的臭氧衰减速率相同，且符合一级反应动力学，即有C=C₀e^-k_lt，反应速率常数k₁=0.192min^-1。（3）柱状反应器中残余臭氧浓度受水的流动方式的影响显著。在相同水流量条件下，水由下向上流时水中臭氧浓度，高于由上向下流时相同水力停留时间时的臭氧浓度。（4）半连续试验装置中，臭氧对处理水的消毒效果良好。当气体流量Q＞10l/h、pH=7.2～7.4时，反应10min左右时，大肠菌群的去除率大于99.9％，处理水中的大肠菌群浓度小于1000cfu/l，满足回用水水质要求。此时的消毒动力学方程为-logS=Kt。当pH=6.1～6.6时，在Q=10l/h的条件下，消毒反应时间5min时即可满足回用水的水质要求。四川大学硕士论文（5）在连续试验系统中，水的流量（水气比）对系统的消毒效果影响显著，流量越大，消毒效果越好。对于下向流进水方式，当流量L>30.71/min时，系统处理出水可以达到回用水标准。柱状反应器的进水方式对系统的消毒效果也有明显影响。在采用下向流操作时，当系统进水流量L>30.71/min时，大肠菌群的去除率高于99.9%，出水中大肠菌群浓度小于IOO0cfu/1，达到污水回用标准。当柱状反应器进水方式为上向流时，在进水流量L>181/min时，处理水可以满足污水回用的要求。（6）在连续系统中，文丘里混合器能够强化臭氧在水中的溶解，在系统进水流量L二12.SL/min一30.7L/min时，臭氧的溶解效率随着流量的增大而增大，对大肠菌群的消毒效果也随着流量的增大而增强。（7）臭氧处理后的水具有一定的剩余消毒能力，实验条件下，将经过臭氧消毒并放置15Omin后的溶液与未处理的溶液混合，对大肠菌群的去除率可以达到35%以上。本文的创新点在于:（1）以实际污水为处理对象，分别采用半连续和连续试验装置系比较系统的考查了臭氧在水中的溶解、衰减以及消毒过程，建立了各过程的宏观动力学方程:（2）研究了柱状反应器中水的不同流动方式对臭氧浓度和消毒效果的影响:（3）考查了经臭氧处理后水的剩余消毒能力。本文的试验结果具有一定的理论和实际意义，对指导工程设计具有重要的参考价值。

全文目录

1 前言  8-18
  1.1 水资源及污水回用  8-9
  1.2 常用污水消毒方法  9-11
    1.2.1 氯化消毒  9-10
    1.2.2 紫外线消毒  10-11
    1.2.3 膜过滤消毒  11
  1.3 臭氧的性质及其在消毒中的应用  11-15
    1.3.1 臭氧的物理化学性质  11-12
    1.3.2 臭氧消毒技术及其发展  12
    1.3.3 臭氧消毒反应器  12-15
      1.3.3.1 气泡扩散式反应器  13
      1.3.3.2 喷射扩散反应器  13-14
      1.3.3.3 涡轮搅拌扩散反应器  14-15
  1.4 臭氧消毒动力学模型  15-18
2 试验方法与分析分析方法  18-22
  2.1 实验用水基本情况  18
  2.2 试验装置  18-19
  2.3 试验设计  19-21
    2.3.1 臭氧溶解试验  19-20
    2.3.2 臭氧衰减试验  20
    2.3.3 臭氧消毒试验  20
    2.3.4 处理后水的残余消毒能力考查  20
    2.3.5 臭氧对其它水质指标的影响  20-21
    2.3.6 水在柱状反应器中的停留时间分布的测定  21
  2.4 分析方法及仪器  21-22
3 实验结果分析与讨论  22-45
  3.1 臭氧在实验水样中的溶解  22-28
    3.1.1 半连续试验中臭氧的溶解过程分析与动力学模型  22-24
      3.1.1.1 不同气体流量下臭氧的溶解过程分析  22-23
      3.1.1.2 pH值对臭氧溶解的影响  23-24
      3.1.1.3 臭氧溶解的动力学模型  24
    3.1.2 连续试验条件下臭氧的溶解  24-26
    3.1.3 臭氧溶解效率分析  26-28
  3.2 水中臭氧的衰减过程分析与动力学模型  28-34
    3.2.1 半连续试验条件下水中臭氧的衰减过程分析  28-29
    3.2.2 半连续试验条件下水中臭氧的衰减动力学  29-31
    3.2.3 连续试验条件下臭氧的衰减过程分析  31-32
    3.2.4 连续试验条件下臭氧的衰减动力学  32-34
  3.3 臭氧消毒效果与影响因素分析及动力学模型  34-42
    3.3.1 臭氧消毒效果与影响因素分析  34-39
      3.3.1.1 半连续消毒过程分析  34-36
      3.3.1.2 文丘里混合器消毒效果分析  36-37
      3.3.1.3 柱状反应器消毒效果分  37-38
      3.3.1.4 连续试验系统的消毒效果分析  38-39
    3.3.2 臭氧消毒动力学模型  39-42
      3.3.2.1 半连续消毒动力学模型  39-40
      3.3.2.2 连续消毒动力学模型  40-42
  3.4 处理水的剩余消毒能力考查  42-44
  3.5 臭氧化对其它水质指标的影响  44-45
    3.5.1 臭氧化对水中有机物(COD_(cr))浓度的影响  44
    3.5.2 臭氧化对色度、悬浮物(SS)浓度的影响  44-45
4 臭氧消毒机理分析  45-50
  4.1 臭氧在处理水中的溶解过程分析  45-46
  4.2 pH值对臭氧的溶解及衰减的影响分析  46-47
  4.3 臭氧衰减动力学分析  47-50
5 流体在柱状反应器中的流态分析与操作条件优化  50-54
6 结论  54-56
7 几点建议  56-57
参考文献  57-61

城市污水臭氧消毒宏观动力学研究

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