臭氧消毒器控制溴离子的工程

臭氧作为一种强氧化剂，能有效去除水中的色度、气味、三卤甲烷前驱物、农药等微污染物。此外，臭氧氧化可以改变有机物的分子量分布，提高水中有机物的可生化性和吸附性，从而提高生物活性炭的作用效果。然而，当臭氧氧化含有溴离子的原水时，会产生溴酸盐副产物。溴酸盐具有致癌性和突变性，已被国际癌症研究机构认定为2B级潜在致癌物。国家新版《饮用水卫生标准》(GB2006-5749)也增加了溴酸盐项目，限值为10μg/L。近年来，控制溴酸盐含量已成为饮用水行业的热点。在保证臭氧有效氧化有机物等污染物的同时，如何采取措施控制溴酸盐的产生，保证出水溴酸盐不超标，已成为一个亟待解决的问题。

一般认为，臭氧化过程中产生溴酸根离子的途径有两种:一种是臭氧分子直接氧化溴酸根离子，另一种是羟基自由基氧化溴离子。除水中溴离子浓度外，影响溴酸盐生成的因素主要有臭氧加入量和方法、pH、碱度、温度、NOM等。研究表明，水中溴离子浓度、臭氧、水温和pH值的增加有助于溴酸盐的产生。因此，降低臭氧、优化臭氧、降低pH值、氨、H2O2等措施可以减少溴酸盐的产生。

水中溴离子是产生溴酸盐的主要原料，其浓度直接影响溴酸盐的产生量。因此，了解水中溴离子浓度是控制溴酸盐的首要前提。不幸的是，溴离子浓度是一个非常规的检测项目，水厂的日常水质检测是不检测的。一般来说，很难评价溴酸盐产生的风险。早期设计仅根据工程经验和规范设定臭氧量，导致设计量过大，臭氧设备闲置。比如南方某水厂臭氧活性炭工艺推出较早，对溴酸盐认识不足，对原水溴离子浓度和溴酸盐潜在风险没有实验分析。实际操作表明，当臭氧量超过设计量的50%时，出水溴酸盐会超过10μg/L，导致近一半的臭氧设备闲置。经检测，原水溴离子浓度高达150μg/L，因此分析原水溴离子浓度是控制溴酸盐生成的必要前提。

地表水中的溴离子主要来自矿物质溶解、采矿废水、化雪和海水入侵。调查显示，地表水中溴离子浓度一般为14.7μg/L~200μg/L。当水中含有一定浓度的溴离子时，臭氧活性炭工艺几乎不可避免地会产生溴酸盐。卢宁等人对上海长江原水溴酸盐的风险进行了一个小实验。研究表明，在臭氧初始溶解浓度为1.6mg/L、25℃、pH7.3和溴离子浓度为100μg/L的情况下，长江原水经臭氧化30分钟后产生15.2μg/L，超过国家10μg/L的限值。这说明长江原水臭氧化后有产生溴酸盐的风险。

由于原水水质不同，水中污染物含量也有很大差异差异同的臭氧加入量，氧化含有相同浓度溴离子的原水，溴酸盐的产生量也会不同。所以在进行臭氧活性炭工艺之前，针对不同的原水，需要进行小试或中试试验，合理选择臭氧投加量，以指导工程设计和生产运行。

除了合理选择臭氧量外，臭氧量也是影响溴酸盐生成的主要因素。研究表明，通过增加臭氧点的数量，缩短臭氧的平均接触时间，降低水中剩余臭氧的平均浓度，从而降低臭氧与溴离子反应时的ct值，降低溴酸盐的产量。李继等人6研究表明，以单点投加臭氧产生的溴酸盐为基准，采用2个投加点，可使溴酸盐产生量减少1/3；采用3个投加点，可使溴酸盐产生量减少40%，继续增加对溴酸盐产生量减少不明显，最多可使溴酸盐产生量减少70%。在实际工程应用中，考虑到工程投资和运行效果，一般采用三个投资点。此外，在水厂的整个工艺过程中，臭氧也可以用两点加入，一是混合前加入，即预臭氧，二是后臭氧(主臭氧)。对于有机物污染严重、溴离子浓度高的原水，建议增加高锰酸盐加入设施，必须与预臭氧复合氧化，以减少溴酸盐的产生。

据文献报道，臭氧催化氧化可以提高臭氧的利用效率，有效降低剩余臭氧浓度，减少溴酸盐的产生。在臭氧接触池中布置了含催化剂的填料，生产经营表明，与单一臭氧氧化工艺相比，臭氧催化氧化技术有效减少了剩余臭氧量，溴酸盐也大大降低，出水浓度低于10μg/L。