经过两年的研究,丹弗水厂开发出一种使用臭氧技术给饮用水管道系统消毒的新方法。这个新发明被称为快速管道消毒法。如果一条管道用传统的氯气消毒要花费多于24小时的时间,用快速管道消毒法则只须一个小时左右就能完成。
由于专家们采用各种措施对饮用水做过处理,水在离开北美水厂的时侯,水质特别高,完全可以保证公共卫生安全健康要求。
从认真进行生产和质量控制的水厂开始,这一高质量的水通过一段长距离的主管线和分配管线,最后输送到住家,学校,公园,娱乐中心和企业(分布式系统)。
不幸的是,在水输送过程中,这些安全、高质量的饮用水可能在给水系统中被污染。在1991年的一项研究中,研究人员Herwaldt注意到,在公共供水系统的历史上,几次通过水传播的疾病爆发与新安装或维修过的总水管道中的微生物污染有关。在2000年,Kirmeyer报告指出,从1920年到1984年的64年间年,有35个经由水传播的疾病爆发案例显示与总水管道污染有关。这项研究还显示,在检修现场的土壤和沟槽水中,病原生物和大肠菌数量呈现显著的高水平。由于这些原因,依据法律,要求对总水管道和分配管线必须进行适当的消毒,这也是一项根本的公共卫生保护措施。
几年前,丹弗水厂和他们的顾问Camp Dresser 和McKee (CDM), 对使用溶解臭氧作为管道消毒剂的情况作了调查研究。他们按照美国给水工程协会标准C651,对较大口径管道(12到108英寸)使用连续投放或缓释的方法消毒,对较小口径管道(2到12英寸)采用药剂方法消毒。氯和亚硫酸氢钠从拖车上的储存箱向管道里投放。这个消毒过程既昂贵又费时,还被认为是低效的。
基于小规模实验室臭氧消毒研究所取得的积极成果,丹弗水厂研制一套规模可用于4至6英寸管道的消毒系统,以进行对此套设备的消毒性能进行评估。在 2003年,他们装配了一台可移动的拖车式现场臭氧消毒试验系统,可用于实际工程中6到12英寸管道臭氧消毒。
此现场试验使Denver水厂和Camp Dresser、 McKee获得了一项专利。此一‘快速管道消毒’技术专利使用了Mazzei Injector-GDT 公司的加压质量传递和除气技术专利,以及Pacific Ozone Technology公司的浮动平板气冷臭氧产生专利。
工作原理
装有试验臭氧系统的拖车使用灭火水龙带从消防龙头接水。臭氧由太平洋臭氧技术公司的加压气冷臭氧发生器产生, 产气量为180 g/h,并使用预装加压GDT™臭氧传送系统加入水中。 超过90%臭氧气体在GDT过程被溶解。未溶解的臭氧则通过臭氧自毁单元来降解和排放,因此只有溶解的臭氧和水得以进入管道到达消毒区域。由于这一独特的工艺设计, 操作员和周围环境不会被暴露在臭氧里。高浓度的溶解臭氧在管道入口处与细菌反应,并且其浓度在流经水道下游的过程中逐渐降低。在排放前臭氧的浓度大约降为0.1 ppm,在被维生素C酸中和后排放。
臭氧系统在入口处的压力由一个压力调节器所控制,使得进入管道的臭氧水流量依据管道口径大小调整在200到260 gpm之间,而臭氧的最大使用剂量在此流量范围分别是4和3 mg/L。
管道末端剩余臭氧与时间的乘积(C*t)可作为整段管道消毒作用的监测值。 根据管道末端剩余臭氧浓度来控制消毒作用比用管始端投入剂量更可靠. 因为同一时间(t)内,管道前段的菌类暴露在高溶解臭氧浓度中,因此杀菌效果较佳。
在进行消毒的过程中臭氧车载系统通常要工作30分钟。管道里的残余臭氧可以让它自然地转化成氧气(少于一小时),或是以加入抗坏血酸片剂的消防水进行清洗。
丹弗水厂用了差不多两年时间,对总长度6,000英尺的6到12个供水管道使用臭氧和加氯除氯两种消毒系统的操作结果进行跟踪。他们发现,一次消毒便通过的成功率差不多相同都是87%。
臭氧消毒主要有以下优点:
- 不需要去氯-可以减少化学和人工成本
- 没有危险化学品的运输和储存问题-臭氧是在现场产生。
- 有效和迅速消毒作用-只需要若干分钟就可取样,不需要几小时或几天。
传统的消毒程序
目前,供水总管道的消毒是用氯作为消毒剂,与此相关的化学处理、每个步骤的用时多少、测量、滞留和清洗周期长短以及让人棘手的废水处理要求等,都在美国给水工程协会标准C651中做了规定。
目前,三种被广泛使用、效果较好的方法是:
- 用高浓度氯溶液(>100 ppm)清洗管道,然后给管道注满最小浓度25ppm,最终残余自由氯高于10ppm的溶液,消毒24个小时。对废水进行去氯和处理。
- 缓慢地用高于100ppm的自由氯清洗,或注满管道保持3个小时以上。对废水进行去氯和处理。
- 把次氯酸钙片剂放到管道里,然后注满水,使管道里自由氯残余最小达到25 ppm,消毒24个小时。对废水进行去氯和处理。
这三种选择中的每一个都有效,但是有明显的不足:
- 在排放到公共厕所或下水道、储存池、或者防洪渠之前,要对高浓度氯化水进行去氯,以防止危害废水处理设施和环境。
- 有害化学物质(次氯酸盐和钠亚硫酸氢盐)的化学储存、 运输和处理,为供水单位,承包商的雇员以及运输经过地区居民带来对安全防护的担心。
- 对供水单位或承包商职员来讲,消毒是一个很辛苦的过程。因为到现场的工作时间有合约上的限制,要进行消毒剂施放,等待静置24个小时,返回去氯,冲洗和采样等一系列过程。
一份1998 年AWWA对250项公共供水设施的调查发现,大多数供水设施(87%)没有执行去氯工艺,这会损坏废水处理厂(WWTP)设施,杀死鱼类,以及造成其它环境危害。
管道消毒臭氧技术
臭氧被公认为是最有效,而且可商业利用的氧化剂和杀菌剂。丹佛市的经验证明臭氧现在能够用于安全、 高效和彻底的管道消毒,而且没有那些已经过时的方法所存在的不足。使用安全、高效臭氧技术的新方法被总结为:
用迅速管道消毒法的臭氧化水系统清洗管道,通常用时少于1 个小时。臭氧可自然分解并转变成氧气,并不需要进行特殊的废水处理。
臭氧消毒听来容易,又好又有效,因为它的确就是如此。
臭氧技术成功地应用到饮用水处理设施已经超过100年,仅仅在美国就有400多个城市水处理臭氧系统在运转。臭氧技术拥有很多好处,比如降低颜色,控制口味和气味,微絮凝粒 ,处理氧化铁、锰和氢化硫等还原性物质,以及细菌消毒,去除病毒和寄生虫包囊。
使用臭氧来进行管道消毒或在位清洗(CIP)已经在食品、饮料、药品、化妆品和电子产业中行之有年。丹佛水厂的实验表明,车载臭氧消毒处理设备功能强大,可以替代氯化—除氯消毒设备进行城市总管道和分配管线消毒。