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摘要：本文结合工程实例阐述了饮用水处理应用中臭氧及其设备施工过程的安全、质量控制。随着水处理技术的不断进步，臭氧在净水过程中得到了越来越多的应用，但由于臭氧本身的有毒性，怎样控制臭氧设备的安装质量及其尾气的处理成为重要的安全保障。
关键词：臭氧；水处理；臭氧发生系统
原水水质污染的日益恶化，我国已颁布新的《生活饮用水卫生规范》，促使了饮用水深度处理工艺的发展，以达到规范要求的更为严格的水质标准，其中臭氧-活性炭联用技术被广泛认为是最有效的措施之一，臭氧技术的应用也越来越多的得到关注。
臭氧是一种带有毒性的强氧化性气体，高浓度的臭氧通过呼吸、皮肤接触、眼睛接触等途径会对人体健康带来严重的后果。那么在施工过程中，对臭氧设备及管道的安装质量控制，成了避免臭氧泄露的重要因素之一。
北河口水厂深度处理改造一期工程（下文中简述为该工程）即在原水厂常规处理的基础上，增加了臭氧-活性炭深度处理工艺，现将该工程中臭氧系统的使用要求、臭氧设备及管道的施工作些综合的论述。
一、臭氧系统对环境的要求
1、设备对环境的要求：
操作环境温度：5-40℃，24小时平均为35℃；
运输及贮藏环境温度：-25～+55℃，24小时最高温度为70℃；
年平均空气湿度：≤65%；连续60天：≤75%；偶然情况：≤85%
危害性环境：绝对避免
安装的保护等级：IP42
振动/冲击：安装在无振动的环境中进行
噪声等级（1米）：85dB（A）
2、空压机使用环境要求：
空压机尽量在地面无尘或少尘的环境下使用，因此保持室内的洁净对空压机系统的使用和延长其寿命是有利的。
3、臭氧发生器间通风换气：
臭氧车间的正常换气量为10-12次×车间容积/小时；应急换气量（当存在较大臭氧泄露时）为15-18次×车间容积/小时。
4、冷却水供水：
内循环水泵安装在臭氧设备车间，单台臭氧发生器运行所需冷卻水量为22m3/h，外循环水总量应不小于44m3/h，热交换器进口的外循环水压应满足2-3bar（g）。
5、消防、安全的要求：
安全隐患主要存在于高浓度氧气泄露导致火灾及高浓度臭氧泄露导致中毒这两方面，因此在臭氧间及液氧站均需配备足够的消防设备，及泄露检测、报警设备。
二、臭氧系统工艺简介：
臭氧发生系统主要部件有臭氧发生器、空压机、干燥器、过滤器、臭氧投加布气装置、尾气破坏器及冷却水系统。
（一）主设备的工作原理及特点介绍如下：
1）臭氧发生器：
臭氧发生器的原理是基于无声放电技术，具体表现为对流经臭氧发生器的氧气流施加高压电场，其中最重要的部件为放电管。放电管的电气特性和耐用性是影响臭氧发生效率、可靠性和有效性的重要参数。放电管材质的支撑结构采用特殊不锈钢支撑的钢管，该支撑钢管同时也作为接地电极，每一不锈钢管即为一“电极组”，配有各自的保险丝，这样不仅可以保护放电管，同时确保出现故障的电极同其他电极断开，而不会影响臭氧发生器的运行。
臭氧发生器的供电单元通常采用专用配电盘供电，供电要求必须为适当的电压“Hv”和频率“fs”。这些供电参数不仅代表有效臭氧制备的最佳条件，同时对于设备可靠性最为理想。特别值得一提的是，4.0Kv RMS以下的低电压大大限制了放电管工作的电应力，而且影响放电管的正常使用寿命。
每一套臭氧发生器配备自有中频供电单元，利用恒定或可变臭氧浓度控制臭氧产量，这种通过电压变化控制臭氧产量的方式，在实践中已得到证实具有高度的可靠性，且对于臭氧制备效率最为理想。
2）臭氧投加系统：
臭氧扩散均采用圆形扩散系统，扩散器采用抗臭氧腐蚀性的多孔材质，通常是用于待消毒处理水的臭氧氧化，其主要目的是消灭细菌和病毒，以及氧化病原体和其他有机杂质等微污染物。
布气系统最好要根据项目本身的池型特点和投加布气分配要求，配合设计院进行优化设计，这样在保证臭氧要求的投加比率的同时，也可以完满保证臭氧的吸收效率，确保系统的最经济投资。
接触系统设计允许逆流水流/臭氧气流。臭氧系统通常按CT值1.6（mg x min/L）余留臭氧最高浓度值0.4mg/L设计，以保证有效消毒的效果。接触池内的标准接触时间为10分钟左右。
臭氧系统的设计已经考虑了水质对扩散系统的常见影响。
扩散器经设计，以维持臭氧在整个运行周期内的最高传递效率。
3）臭氧尾气处理系统：
在大气温度条件下，臭氧分解缓慢，当存在二氧化锰（MnO2）等催化剂时，即便在大气温度下，臭氧在顷刻间分解，这便是臭氧尾气破坏器的原理。
臭氧尾气破坏器主要包括一个加热器、带有催化剂的反应器、风扇和控制盘柜。考虑到催化剂对湿度非常敏感，冷却尾气在尾气破坏器入口处被加热（采用电子加热器）至60℃左右，风扇将臭氧气体抽送至尾气破坏器。
4）冷却水系统：
臭氧发生器运行时会释放大量的热量，需通过冷却水循环管道和热交换器将释放的热量转移出去。
为保证臭氧发生器的正常工作，循环冷却水系统采用热交换器。外循环采用厂区滤后水，经过热交换后回流至生成工艺中，水质除温度发生变化外无其他任何变化，内循环水采用闭路系统。
该工程中采用的TRANTER板式热交换器，TRANTER主要技术特点为： 规格齐全，产品高度从286-4932mm，宽度从114-1540mm，接口直径从DN25-DN500，板片厚度从0.4mm-1.0mm。最大流量可达4250m3/h；最大换热面积可达1840m2；最高工作压力可达2.5MPa；最高工作温度可达180℃。 板型独特，板片作为板式热交换器的心脏，科学的板型设计决定了板式热交换器能力的优劣，该工程中采用的是非对称波纹板片，该设计具有国际独有专利设计，每一板片上具有两种不同的波纹角度，可获得6种流道组合，使所选型号在传热性能、压力降及经济性之间获得最佳匹配。板片波纹高度的中心平面上以橡胶密封垫片固定，使定位更可靠，可反复拆卸，不破坏板片，板片上四个角孔周围的双层密封沟槽处采用独特的履带式支撑设计，密封更安全、更稳固。并且独有的对角流设计使流体分布更均匀，减少了流动死角，同时增长流程，更大的利用了板片的有效换热面积，特别是在小温差换热的情况下，换热更充分。 5）氮气投加系统（空压机、吸附干燥机、过滤器）
氮气作为催化剂，可以提高臭氧制备效率，节约氧气的消耗，其性能是整个臭氧消毒系统高效运行的保证。
该工程中空压机、吸附干燥机、过滤器均采用ATLAS进口产品，整个氮气投加系统中最核心和重要的为空压机，该项目采用的为无油空压机，由于在压缩过程中没有金属之间的接触，因此没有必要在压缩室使用油来润滑，并且涡旋原件是皮带驱动，无需变速箱，因此在涡旋压缩过程中可以保证高品质的无油空气。此外，涡旋压缩机具有高效的能源效率，且慢速运行的涡旋杆件可确保空压机非常安静，适合安装在所有的工作环境。
（二）管道部分施工：
气体管道均采用304、316不锈钢管道，在焊接施工前采用99.8%的乙醇浸泡进行清洗脱脂，然后反复擦拭干净；整个施工过程必须使用专用不锈钢操作的工具（砂轮、锉子、刷子等），焊接后管道内进行吹扫，不得留有焊接的设备及颗粒杂物，敞开的端头以塑料布密封保护。安装完成后，相关的功能性试验必须达到国家相关规范、标准的要求。
阀门、仪表、法兰片在打开包装后应尽快及时安装，安装前用干净白棉布蘸99.8%的乙醇擦拭其外表面及安装管口附近的内表面。
三、臭氧系统的安全保护措施
因为臭氧自身具有强烈的氧化性及有毒性，因此臭氧的使用过程中，其安全保护措施尤为重要。
1）臭氧发生器本体必须配套相应的泄压阀，当进气压力超过安全界限后，泄压阀就开始工作，从而保證臭氧发生系统的安全与稳定；
2）储气罐要配套相应的安全阀，以应对突发情况下管路堵塞导致管路气体压力短时间急剧上升的危险；
3）臭氧接触池要有保持常压的有效措施，通常情况下，全封闭的池体在初次进水或者排空时，室内的气压会发生较大的变动，这对池体的结构安全造成了较大的隐患，因此在池体设置相应的压力平衡设备对池体的安全特性显得特别重要，考虑到这一点，在单独工作的池顶上设置双向呼吸阀以应对池内外压力的变化从而确保池体在工作时相对稳定的气压环境。
4）管道的焊接、安装质量，功能性试验在检测后必须达到相关标准、规范的要求，确保臭氧在传输过程中没有泄露。
四、质量控制及验收
1、主材设备到场，做好相关检查工作，确保型号准确，材质无误，并具有相关合格证明；
2、安装施工前对土建预留预埋构件、穿线孔、电缆沟等位置、尺寸进行验收；
3、臭氧设备施工对环境要求较高，施工前检查房间清理工作，保持整洁、不扬尘；
4、管材：
（1）管材及配套附属材料按要求进行取样送检，检测合格后方可用于施工中；
（2）管道脱脂擦拭干净后，检查不得留有任何油、油脂等污物，并用紫外光（波长320～380nm）进行检查，白布不能出现碳氢化合物荧光；
（3）焊接完成后，要用高压氮气分段进行反复的吹扫管道内的微粒，每次持续吹扫5-10s，持续5-8次；
（4）焊缝根部表面平滑、不发黑，外观检测方法为观察，并对焊缝进行无损探伤检测，焊接质量要符合相关规范标准的要求；
（5）做好管道压力及密封性检查工作，压力试验时缓慢增加出口压力至设计压力的1.5倍，然后用发泡剂溶液检查所有接口，不冒泡、不泄露为合格；密封性试验时，升压至系统操作压力的1.15倍，稳压30分钟，记下管道中压力和温度值（P1、T1），12h后记录下P2、T2，计算P1/T1与P2/T2的差值，在1%内为合格。
5、臭氧曝气装置平整度检查，在同一个投加点，方形布气支管顶面标高的安装水平误差2-4mm，用水准软管、水平尺等随时检查安装过程中的标高及水平位置，确保曝气装置在设计压力下运行时布气均匀；
6、臭氧主要设备及配套设备、电气设备及仪表的技术性能复核，要符合设计及有关规范的要求；
7、做好检漏、电缆绝缘阻值、校号及接地电阻测试等各类中间工作，并形成书面记录；
8、安装调试前，做好池体的密封检查工作，避免初次运行中出现泄漏对环境和人体造成损害；
9、设备调试过程中要做好调试记录，及时处理发现的问题，为安全运行做好准备。
参考文献：
[1]《水处理用臭氧发生器》（CJ/T322-2010）
[2]《水处理行业臭氧使用指南（德国）》（ZH 1/474）
[3]《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB50268-2008）
[4]《脱脂工程施工及验收规范》（HG20202-2000）
关键词：臭氧；水处理；臭氧发生系统
原水水质污染的日益恶化，我国已颁布新的《生活饮用水卫生规范》，促使了饮用水深度处理工艺的发展，以达到规范要求的更为严格的水质标准，其中臭氧-活性炭联用技术被广泛认为是最有效的措施之一，臭氧技术的应用也越来越多的得到关注。
臭氧是一种带有毒性的强氧化性气体，高浓度的臭氧通过呼吸、皮肤接触、眼睛接触等途径会对人体健康带来严重的后果。那么在施工过程中，对臭氧设备及管道的安装质量控制，成了避免臭氧泄露的重要因素之一。
北河口水厂深度处理改造一期工程（下文中简述为该工程）即在原水厂常规处理的基础上，增加了臭氧-活性炭深度处理工艺，现将该工程中臭氧系统的使用要求、臭氧设备及管道的施工作些综合的论述。
一、臭氧系统对环境的要求
1、设备对环境的要求：
操作环境温度：5-40℃，24小时平均为35℃；
运输及贮藏环境温度：-25～+55℃，24小时最高温度为70℃；
年平均空气湿度：≤65%；连续60天：≤75%；偶然情况：≤85%
危害性环境：绝对避免
安装的保护等级：IP42
振动/冲击：安装在无振动的环境中进行
噪声等级（1米）：85dB（A）
2、空压机使用环境要求：
空压机尽量在地面无尘或少尘的环境下使用，因此保持室内的洁净对空压机系统的使用和延长其寿命是有利的。
3、臭氧发生器间通风换气：
臭氧车间的正常换气量为10-12次×车间容积/小时；应急换气量（当存在较大臭氧泄露时）为15-18次×车间容积/小时。
4、冷却水供水：
内循环水泵安装在臭氧设备车间，单台臭氧发生器运行所需冷卻水量为22m3/h，外循环水总量应不小于44m3/h，热交换器进口的外循环水压应满足2-3bar（g）。
5、消防、安全的要求：
安全隐患主要存在于高浓度氧气泄露导致火灾及高浓度臭氧泄露导致中毒这两方面，因此在臭氧间及液氧站均需配备足够的消防设备，及泄露检测、报警设备。
二、臭氧系统工艺简介：
臭氧发生系统主要部件有臭氧发生器、空压机、干燥器、过滤器、臭氧投加布气装置、尾气破坏器及冷却水系统。
（一）主设备的工作原理及特点介绍如下：
1）臭氧发生器：
臭氧发生器的原理是基于无声放电技术，具体表现为对流经臭氧发生器的氧气流施加高压电场，其中最重要的部件为放电管。放电管的电气特性和耐用性是影响臭氧发生效率、可靠性和有效性的重要参数。放电管材质的支撑结构采用特殊不锈钢支撑的钢管，该支撑钢管同时也作为接地电极，每一不锈钢管即为一“电极组”，配有各自的保险丝，这样不仅可以保护放电管，同时确保出现故障的电极同其他电极断开，而不会影响臭氧发生器的运行。
臭氧发生器的供电单元通常采用专用配电盘供电，供电要求必须为适当的电压“Hv”和频率“fs”。这些供电参数不仅代表有效臭氧制备的最佳条件，同时对于设备可靠性最为理想。特别值得一提的是，4.0Kv RMS以下的低电压大大限制了放电管工作的电应力，而且影响放电管的正常使用寿命。
每一套臭氧发生器配备自有中频供电单元，利用恒定或可变臭氧浓度控制臭氧产量，这种通过电压变化控制臭氧产量的方式，在实践中已得到证实具有高度的可靠性，且对于臭氧制备效率最为理想。
2）臭氧投加系统：
臭氧扩散均采用圆形扩散系统，扩散器采用抗臭氧腐蚀性的多孔材质，通常是用于待消毒处理水的臭氧氧化，其主要目的是消灭细菌和病毒，以及氧化病原体和其他有机杂质等微污染物。
布气系统最好要根据项目本身的池型特点和投加布气分配要求，配合设计院进行优化设计，这样在保证臭氧要求的投加比率的同时，也可以完满保证臭氧的吸收效率，确保系统的最经济投资。
接触系统设计允许逆流水流/臭氧气流。臭氧系统通常按CT值1.6（mg x min/L）余留臭氧最高浓度值0.4mg/L设计，以保证有效消毒的效果。接触池内的标准接触时间为10分钟左右。
臭氧系统的设计已经考虑了水质对扩散系统的常见影响。
扩散器经设计，以维持臭氧在整个运行周期内的最高传递效率。
3）臭氧尾气处理系统：
在大气温度条件下，臭氧分解缓慢，当存在二氧化锰（MnO2）等催化剂时，即便在大气温度下，臭氧在顷刻间分解，这便是臭氧尾气破坏器的原理。
臭氧尾气破坏器主要包括一个加热器、带有催化剂的反应器、风扇和控制盘柜。考虑到催化剂对湿度非常敏感，冷却尾气在尾气破坏器入口处被加热（采用电子加热器）至60℃左右，风扇将臭氧气体抽送至尾气破坏器。
4）冷却水系统：
臭氧发生器运行时会释放大量的热量，需通过冷却水循环管道和热交换器将释放的热量转移出去。
为保证臭氧发生器的正常工作，循环冷却水系统采用热交换器。外循环采用厂区滤后水，经过热交换后回流至生成工艺中，水质除温度发生变化外无其他任何变化，内循环水采用闭路系统。
该工程中采用的TRANTER板式热交换器，TRANTER主要技术特点为： 规格齐全，产品高度从286-4932mm，宽度从114-1540mm，接口直径从DN25-DN500，板片厚度从0.4mm-1.0mm。最大流量可达4250m3/h；最大换热面积可达1840m2；最高工作压力可达2.5MPa；最高工作温度可达180℃。 板型独特，板片作为板式热交换器的心脏，科学的板型设计决定了板式热交换器能力的优劣，该工程中采用的是非对称波纹板片，该设计具有国际独有专利设计，每一板片上具有两种不同的波纹角度，可获得6种流道组合，使所选型号在传热性能、压力降及经济性之间获得最佳匹配。板片波纹高度的中心平面上以橡胶密封垫片固定，使定位更可靠，可反复拆卸，不破坏板片，板片上四个角孔周围的双层密封沟槽处采用独特的履带式支撑设计，密封更安全、更稳固。并且独有的对角流设计使流体分布更均匀，减少了流动死角，同时增长流程，更大的利用了板片的有效换热面积，特别是在小温差换热的情况下，换热更充分。 5）氮气投加系统（空压机、吸附干燥机、过滤器）
氮气作为催化剂，可以提高臭氧制备效率，节约氧气的消耗，其性能是整个臭氧消毒系统高效运行的保证。
该工程中空压机、吸附干燥机、过滤器均采用ATLAS进口产品，整个氮气投加系统中最核心和重要的为空压机，该项目采用的为无油空压机，由于在压缩过程中没有金属之间的接触，因此没有必要在压缩室使用油来润滑，并且涡旋原件是皮带驱动，无需变速箱，因此在涡旋压缩过程中可以保证高品质的无油空气。此外，涡旋压缩机具有高效的能源效率，且慢速运行的涡旋杆件可确保空压机非常安静，适合安装在所有的工作环境。
（二）管道部分施工：
气体管道均采用304、316不锈钢管道，在焊接施工前采用99.8%的乙醇浸泡进行清洗脱脂，然后反复擦拭干净；整个施工过程必须使用专用不锈钢操作的工具（砂轮、锉子、刷子等），焊接后管道内进行吹扫，不得留有焊接的设备及颗粒杂物，敞开的端头以塑料布密封保护。安装完成后，相关的功能性试验必须达到国家相关规范、标准的要求。
阀门、仪表、法兰片在打开包装后应尽快及时安装，安装前用干净白棉布蘸99.8%的乙醇擦拭其外表面及安装管口附近的内表面。
三、臭氧系统的安全保护措施
因为臭氧自身具有强烈的氧化性及有毒性，因此臭氧的使用过程中，其安全保护措施尤为重要。
1）臭氧发生器本体必须配套相应的泄压阀，当进气压力超过安全界限后，泄压阀就开始工作，从而保證臭氧发生系统的安全与稳定；
2）储气罐要配套相应的安全阀，以应对突发情况下管路堵塞导致管路气体压力短时间急剧上升的危险；
3）臭氧接触池要有保持常压的有效措施，通常情况下，全封闭的池体在初次进水或者排空时，室内的气压会发生较大的变动，这对池体的结构安全造成了较大的隐患，因此在池体设置相应的压力平衡设备对池体的安全特性显得特别重要，考虑到这一点，在单独工作的池顶上设置双向呼吸阀以应对池内外压力的变化从而确保池体在工作时相对稳定的气压环境。
4）管道的焊接、安装质量，功能性试验在检测后必须达到相关标准、规范的要求，确保臭氧在传输过程中没有泄露。
四、质量控制及验收
1、主材设备到场，做好相关检查工作，确保型号准确，材质无误，并具有相关合格证明；
2、安装施工前对土建预留预埋构件、穿线孔、电缆沟等位置、尺寸进行验收；
3、臭氧设备施工对环境要求较高，施工前检查房间清理工作，保持整洁、不扬尘；
4、管材：
（1）管材及配套附属材料按要求进行取样送检，检测合格后方可用于施工中；
（2）管道脱脂擦拭干净后，检查不得留有任何油、油脂等污物，并用紫外光（波长320～380nm）进行检查，白布不能出现碳氢化合物荧光；
（3）焊接完成后，要用高压氮气分段进行反复的吹扫管道内的微粒，每次持续吹扫5-10s，持续5-8次；
（4）焊缝根部表面平滑、不发黑，外观检测方法为观察，并对焊缝进行无损探伤检测，焊接质量要符合相关规范标准的要求；
（5）做好管道压力及密封性检查工作，压力试验时缓慢增加出口压力至设计压力的1.5倍，然后用发泡剂溶液检查所有接口，不冒泡、不泄露为合格；密封性试验时，升压至系统操作压力的1.15倍，稳压30分钟，记下管道中压力和温度值（P1、T1），12h后记录下P2、T2，计算P1/T1与P2/T2的差值，在1%内为合格。
5、臭氧曝气装置平整度检查，在同一个投加点，方形布气支管顶面标高的安装水平误差2-4mm，用水准软管、水平尺等随时检查安装过程中的标高及水平位置，确保曝气装置在设计压力下运行时布气均匀；
6、臭氧主要设备及配套设备、电气设备及仪表的技术性能复核，要符合设计及有关规范的要求；
7、做好检漏、电缆绝缘阻值、校号及接地电阻测试等各类中间工作，并形成书面记录；
8、安装调试前，做好池体的密封检查工作，避免初次运行中出现泄漏对环境和人体造成损害；
9、设备调试过程中要做好调试记录，及时处理发现的问题，为安全运行做好准备。
参考文献：
[1]《水处理用臭氧发生器》（CJ/T322-2010）
[2]《水处理行业臭氧使用指南（德国）》（ZH 1/474）
[3]《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB50268-2008）
[4]《脱脂工程施工及验收规范》（HG20202-2000）