臭氧接触氧化为何要多段设计？

臭氧接触氧化为何要多段设计？

《给水排水设计手册》上面关于臭氧氧化技术设计的介绍，臭氧氧化技术作为一种高效的高级氧化工艺，其处理效果的核心在于保证臭氧与废水有足够的接触反应时间。由于臭氧自身在水溶液中不稳定的特性，如何通过合理的工程设计来维持并高效利用这段有限的反应时间，成为了技术应用的关键。

一、臭氧接触池的多段设计逻辑

臭氧在水中的半衰期较短（约20分钟），这意味着其有效浓度会随时间快速衰减。为了在有限的总体接触时间内实现污染物（如COD）的有效降解，特别是当目标为大幅度去除COD或处理难降解有机物时，通常采用将总接触时间分割的多段（3-6段）扩散室设计。这种多段设计的优势在于：

· 1.维持氧化效率：分段投加臭氧可以避免单点投加时臭氧浓度过高导致的无效逃逸，使臭氧气体在每一段都能与污染物充分接触，从而提高整体的传质效率和臭氧利用率 。

· 2.适应水质变化：对于成分复杂的废水，不同污染物所需的氧化程度和反应时间各异。多段设计允许根据水质情况，在不同段室创造不同的反应条件（例如，前段主要氧化易降解物质，后段处理更难降解的组分）。比如焦化废水后段臭氧+BAF工艺，就是这样设计，足够的臭氧接触时间是提高后续生物处理单元效率的关键 。

 二、关键设计参数与效能提升

接触池的具体设计参数直接影响臭氧的溶解、扩散以及最终的处理效果。主要考虑以下几个方面：

1.接触时间与池体结构：总接触时间需根据进水水质和排放标准确定，通常在10分钟到45分钟之间变化。例如，饮用水处理可能仅需10-12分钟，而污水处理提标改造项目可能需延长至45分钟 。每段扩散室的接触时间一般设计为8-15分钟。池体可采用等容积或变容积（渐扩）布置，渐扩式有助于维持水流平稳，减少短流现象。

2.水深与曝气系统：为了保证曝气头有足够的浸没深度，提高臭氧的吸收率，接触池的设计水深一般不小于5米，常见范围为5.5-7米 。曝气系统多采用微孔曝气头，产生微小气泡以增大气液接触面积 。

3.臭氧投加策略：通常采用分段投加方式，例如将总臭氧量的50%左右投加在第一段，以适应初始阶段较高的污染物负荷和反应速率 。

三、 系统优化与注意事项

为了确保臭氧氧化系统稳定高效运行并控制成本，以下几个方面值得关注：

· 1.提高传质效率：通过优化接触池的水流状态（如控制廊道L/H比小于0.2，维持一定的流速梯度）可以减少水力死区，提高臭氧利用率。一些工程案例通过在反应区填充催化剂构成催化氧化，能够促进臭氧产生氧化能力更强的羟基自由基（·OH），从而进一步提高对难降解有机物的处理效率 。

· 2.尾气回收与安全：由于臭氧的毒性，接触池必须密闭运行，并对收集的尾气进行分解处理（如通过热分解或催化分解），将排出气体中的臭氧浓度控制在安全标准以下。

· 3.应对运行挑战：

o （1）能耗控制：臭氧制备的电耗较高，可占水厂总电耗的22%-35% 。优化曝气方式、采用高效的臭氧发生器以及利用催化氧化降低臭氧需求量是节能降耗的方向。

o （2）水质影响：水温过低（如低于8℃）会降低臭氧的传质效率 。水中的高碱度（碳酸根/碳酸氢根）会消耗羟基自由基，抑制氧化效果 。悬浮物会覆盖催化剂表面或消耗臭氧，影响处理效果，因此需对进水水质进行适当控制 。

总而言之，通过多段接触池的设计，并精细控制接触时间、水深、曝气等关键参数，能够有效克服臭氧半衰期短的局限性，满足不同水质的处理要求