游泳池臭氧发生器在泳池行业中的应用

2018-04-24 14:22:25| 发布者: 佳环

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游泳池臭氧发生器在泳池行业中的应用

臭氧被证明是水处理过程中除氟以外最强的氧化剂,它首先能以比氯高出百倍的反应速度分解有机物,防止氯与尿素化合成氯胺,又能氧化 THM 的前驱物( Precursor ),而使 THM 大大降低。此外,臭氧分解后在水中形成的羟基能够使多价金属离子水解成胶体化合物,通过砂滤器而被过滤掉,这不仅使水的感观得到改进,尤其是水中有机物被氧化分解,后又被过滤去除,因此即使为了防止交叉感染,泳池中还需保持 0.5mg/L 左右余氯,氯剂的投加量大为降低,一般只为单独使用氯剂的 15-20% 。经验证明,返回泳池水中的残留臭氧低于 0.15mg/L 时 , 并不会造成任何不利影响 , 即使长期游泳也不致产生健康危害 , 西方工业国家尤其是欧洲 , 不仅普遍接受了这一事实 , 在约 30,000 个泳池中使用臭氧 , 并进一步发展传统的德国标准 , 实现了完全取消氯剂的杀菌技术。这一技术主要在法国及一些非德语国家推广应用达 30 多年,积累了大量有益的经验,并为臭氧处理池水技术的发展提供了系统、实用的经验。美洲国家,包括美国近年来已注意到这一情况,开始大量采用臭氧技术。我国游泳运动发展得较晚,泳池的建设规模较小,臭氧技术应用不多。近期,随着对外开放,一些举行正式或国际比赛的泳池已按国家规定或规范设置臭氧处理装置。此外,一些公众性泳池、高档宾馆、小区的泳池也都提出了采用臭氧技术的要求。

游泳池臭氧发生器即泳池水 - 臭氧消毒系统设计

■ 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min 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 。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 。

■ 游泳池臭氧投加方式:

标准要求负压投加,一般采用射流或气液混合泵吸入法, 实践表明气液混合泵混合效率可高达80%左右,如加入臭氧混合罐效率更高。

射流旁路投加法: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。

气液混合泵投加法:此泵一个起臭氧气口,一个进水口,一个出水口。把支路泳池水直接接到泵的进水口即可。此方法如能配合臭氧混合罐,效率可以达到90%以上。

游泳池臭氧发生器投加方法 

■  水处理循环方式、循环周期和流量

池水净化处理循环方式有顺流、逆流、混合流三种,规范池、比赛池应采用混合流净化处理循环方式。

循环周期:Tx=24/n(h),n为每天循环次数,公共游泳池一般为4-6次。

循环流量:qx=αf•V/Tx其中Tx循环周期,αf为管道、净水设备和补给水箱的水容积系数,一般按1.1-1.2选取,V为游泳池的水容积。

■ 泳池臭氧投加量的确定:

臭氧发生器产量( g/h )=qx×c=αf•V/Tx= 循环水流量( m3/h )×臭氧投加浓度( g/m3 )。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,反应罐上部的排气阀应与臭氧尾气破坏装置连接使在进入大气前除去未溶解的臭氧。

以标准游泳池(21m*50m,水深1.8m)为例:标准池水量1890m3

采用分流量投加

臭氧投加量:0.6-1.0mg/L,如以标准泳池为例,qx=1.1•1890/6=340吨/小时

单一臭氧投加量:Q=qx•投加量,投加量0.8mg/l,则Q=qx×c=αf•V/Tx×c=1.1V/6*0.8=272克/小时。

■游泳池臭氧发生器臭氧反应罐的容积确定:

臭氧反应罐容积( m3 ) = 循环水流量( m3/h )×旁流水百分比( % )×反应时间( h )。

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。

游泳池臭氧发生器在游泳池水处理中的优点

自从 1840 年由 SCHOEMBEIM 发现臭氧以来,其应用已经有相当一段历史了。臭氧作为仅次于氟的强氧化剂和高效广谱杀菌剂已被广泛地应用于游泳池的水处理消毒系统中。伴随着人们环保意识和健康意识的提高,生产工艺的改进以及生产成本的降低,采用臭氧消毒方式的游泳池正逐步取代氯消毒方式的游泳池并被人们所接受。当前,欧洲和北美的公共游泳池全部采用臭氧消毒方式,美国超过 50 万个以上,欧洲普遍使用。我国香港已于 1997 年将所有公共游泳池改造成臭氧消毒方式,而在国内,自 1990 亚运会的康乐宫开始,众多的大型公众游泳池、水上乐园和健身休闲会所的游泳池及 SPA 都采用了臭氧消毒的方式,臭氧消毒游泳池正从贵族化走向大众。

■ 最强的杀菌剂。

臭氧是一种非常活泼,且氧化能力极强的氧化剂,是自然界中已知的可利用的最强的氧化剂之一,主要依靠其强大的氧化作用而杀菌。臭氧及其二次产物 ( 如羟基 ) 具有最强的杀菌性及灭活病毒的作用,是一种非常强的广谱杀菌剂。它能氧化分解细菌的葡萄糖氧化酶、脱氢氧化酶,还可直接与细菌发生作用,导致细菌物质代谢的氧化还原过程被破坏,从而破坏了细菌的生长和繁殖过程,造成细菌的死亡。它的杀菌作用迅速,通常在几秒钟内即可有效地杀死水中的细菌、病毒、芽孢及虫卵,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。对抗氯性强的芽孢和F噬菌体的迅速杀灭尤为重要,对氯所无能为力的病毒如 ADIS ,红眼病毒等可以彻底的杀灭。

■ 环保型绿色杀菌剂。

臭氧是国际公认的环保型绿色杀菌剂,对游泳池循环水臭氧消毒的过程是个完全的氧化过程,唯一的产物就是溶解氧,不会增加水中的有害物质和含盐量,不会对环境造成任何二次污染。传统的游泳池氯消毒方式要达到杀菌的目的,需投加较大量的含氯消毒剂,而氯制剂会与水中的有机物反应生成多种氯代有机化合物,如三氯甲烷、氯仿等,这些物质均为公认的致癌致突变物。

■ 提升健康舒适度。

游泳池采用氯消毒,随着时间的延长,从水中蒸发出来的氯代有机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,置身其间的人们会闻到刺鼻的氯味,胸肺会感不适;同时,这些有毒物质会被人体所吸收(在水中人体每小时可吸收 500 毫升水),游泳过程中眼睛会有刺激感并会造成充血发红;长期游泳的人们会发觉毛发变黄变脆,皮肤逐渐变得粗糙等等,严重影响人们的身体健康。在游泳池水处理中采用臭氧消毒,消除了氯氨化合物的形成,可以从根本上避免像三卤甲烷(THMS)这样令人厌恶的致癌卤代有机物的产生。正是这些氯氨化合物会刺激游泳者和运动员的皮肤、眼睛、呼吸道,游泳时的红眼及皮诊即由此产生,它对头发也有着漂白的作用。而使用臭氧消毒的游泳池则完全不会产生此种问题,游泳锻炼的人们可舒适无忧。在处理过程中,回到游泳池的水残余臭氧不会超过安全界限,还可以对空气进行杀菌净化,使室内空气清新舒适。

■ 降解去除水中的污染物。

根据北京市卫生防疫站的有关资料,氯消毒泳池中有机物特别是氨氮(尿素)含量超出正常标准若干倍,水易变质。之所以如此,是因为过滤不能去除溶解性的有机物,而氯根本无法分解氨氮等有机物。而臭氧消毒系统中由于臭氧具有的强氧化性,使其可以与水中的有机物发生反应,可有效分解水中的腐植质,分解水中散射光线的微小有机体,能阻止有机污物的积累,可改善水质、脱色,并可氧化水中的铁、锰离子,从而降解污染物达到净化水质的效果,从而大大提高了水的感观度和清澈度,使池水呈现出美丽的浅蓝色。水质完全符合国际泳联及国际卫生组织的水质标准。而氯制剂则无此效果。

■ 大大减少药剂消耗。

采用氯消毒时,由于氯制剂的加入,必然会导致水的 pH 值的改变,使人感到不适,因而需加入大量的碱性或酸性药剂予以中和。高温及客流量大时,水质往往不佳,此时,氯制剂则更需大量投加,而臭氧是中性物质,不会产生此种问题。臭氧能确保大客流量及高温季节时水质的稳定性。但由于臭氧的半衰期很短,不能长时间存留在水中,仍需要投加少量含氯杀菌剂作为辅助的长效消毒剂,但加氯量可减少 65% 以上。同时,臭氧具有微絮凝作用,因而在正常客流量下,可以不用絮凝剂。在一定的使用条件下,如逆流式循环、不使用活性炭滤罐,甚至不必投加氯制剂、絮凝剂、 pH 调节剂,可将臭氧作为水处理唯一的药剂。

■ 减轻设施的腐蚀。

采用加氯所产生的次氯酸及其衍生物,严重腐蚀游泳馆内的设备和结构如网架、暖气等。而采用了臭氧消毒后,氯消毒剂的用量大大减少。

■ 更加优质的水质。

完全臭氧消毒系统还配置了活性炭吸附过滤器,对泳池循环水中的残余的臭氧、有机污染物等进行去除,既保证了臭氧消毒系统的安全性又对循环水进行了深度处理,其水质将优于普通的自来水。

■ 使用更方便安全。

臭氧的制作原料是取之不尽,用之不竭的空气中的氧气,因此,在生产过程中不必考虑搬运或储藏的问题,臭氧发生器操作使用非常简单,具有很高的安全性,日常管理和维护工作也较简单。而氯制剂在运输、储藏、使用时具有一定的危险性。

泳池行业使用臭氧发生器的特点

■ 反应快,投加量少:臭氧能迅速杀灭扩散在水中的细菌、芽孢、病毒且在很低的浓度时即有杀菌灭活的作用。

■ 适应能力强:在 PH 值 5.6-9.8 ,水温 0-37 ℃的范围内,对臭氧的消毒性能影响极少。

■ 臭氧的半衰期很短, 20 分钟即可分解为氧气,在水中不产生二次污染、

■ 能破坏水中有机物,改善水的物理性质和器官感觉,进行脱色和去嗅去味作用,使水呈蔚蓝色,而又不改变水的自然性质臭氧对水消毒效果

游泳池使用臭氧的优点:

1.臭氧及其二次产物(如羟基)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.臭氧是国际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代有机化合物,如三氯甲烷、氯仿等,这些物质均为公认的致癌致突变物。当人游泳时,这些有毒物质会被人体所吸收(在水中人体每小时可吸收500毫升水)。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有机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,而使用臭氧则完全不会产生此种问题。

4.加氯所产生的次氯酸及其衍生物,严重腐蚀水处理系统及馆内设备和结构如网架、暖气等。
5.臭氧是最强的氧化剂,可有效分解水中的腐植质,氧化水中的铁、锰离子,分解水中散射光线的微小有机体,从而大大提高水的清澈度,使水呈现出美丽的蓝色,而氯制剂则无此效果。为使水呈蓝色,使用氯制剂的泳池,往往需加入硫酸铜盐,对人极为有害。
6.加入氯制剂后,必然会导致水的pH值的改变,使人感到不适,因而需加入碱性或酸性物质予以中和。而臭氧是中性物质,不会产生此种问题。臭氧能确保大客流量及高温季节时水质的稳定性,高温及客流量大时,水质往往不佳,此时,如果使用氯制剂,则需大量投加,这将带来一系列副作用,如pH值的变化、对呼吸道及人体的刺激等;而大量投加臭氧则无此副作用。
7.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。
8.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。
9.在一定的使用条件下,如逆流式循环、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唯一的药剂。

臭氧在游泳池中的应用方法:
1. 传统的方法
  传统的游泳池臭氧消毒理论认为:臭氧是一种非常强的氧化剂,有毒性,所以绝对不允许臭氧进入游泳池内。因为臭氧的比重大于空气,如果从水中析出,就会浮在水面上,形成一个浓度较高的臭氧层,很容易被人吸入,造成中毒。所以,在水与臭氧反应之后回到游泳池内之前,必须经过脱臭氧装置,防止剩余的臭氧进入游泳池,在脱臭氧装置之后,为维持长效杀菌作用,需投加氯制剂,以保证游泳池内的余氯在0.3~0.6ppm之间。在游泳池水处理中,臭氧的投加量在0.8-1.0mg/l。
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2分钟;
  ◆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,还需要再加氯作为长效消毒剂。
  ◆基建投资问题:按传统游泳池循环水臭氧消毒方法,臭氧与水的接触时间最好在3分钟以上,如果以最短接触时间2分钟计,对于一个标准池来说(2400m3左右),水处理循环流量为400m3/h,2分钟流量为13.3m3。按照要求,活性炭滤罐的滤速为30m/h,这就需要一个过滤面积为13.3 m3的活性炭滤罐,这将大大增加机房的面积,同时臭氧系统的造价会增加30%以上.
  实际上,如果不脱除臭氧,这些问题有可能得到解决。因此,国内外都有许多单位对此方法进行了研究和应用。
2.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,池中臭氧浓度最高不会超过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(限于篇幅,本文不作具体介绍):
  ◆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最高剩余浓度;在不脱除臭氧消毒法中,为了保证臭氧的消毒作用,应当规定臭氧的最低剩余浓度,臭氧浓度不宜低于0.05ppm,。
  ◆对于不脱除臭氧消毒法,应在最高臭氧剩余浓度和最低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。
设计依据
1.《游泳池给水排水设计规范》
2. 《人工游泳池水质卫生标准》
3. 《生活饮用水卫生标准》
4. 《游泳场所卫生标准》
设计泳池水处理方案
1.根据国外有关资料介绍如何确定游泳池水臭氧消毒系统的大小。
  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 min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。欧洲国家和加拿大政府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5%~15%,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。
2.工艺流程:
1、水处理效果好:臭氧能迅速杀灭水中的藻类及微生物(细菌和病毒),并能脱色除味,经臭氧处理过的游泳池水,清澈透明,呈蔚蓝色。
2、系统安全性高:臭氧是国际公认的绿色环保型杀菌消毒剂,不会产生二次污染和残留,避免氯消毒后对皮肤的刺激,且运行中不会发生象氯气那样易泄漏或指标超标等事故。
3、降低运行费用:臭氧的产生以空气为原料,且游泳池水可循环处理反复使用,可大幅度降低运行成本。
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药剂,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,此时不应投加长效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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