污水再生处理雾化曝气臭氧氧化系统工程造价分析

臭氧氧化是污水再生处理的关键技术之一，但 臭氧发生设备价格昂贵，限制了其在污水再生处理 中的应用。提高臭氧利用率、降低臭氧投加量和提高 臭氧气体浓度，是降低臭氧氧化系统工程造价的有效措施。 臭氧在水中的氧化过程是传质与化学反应同时 进行的过程，因此，反应与传质之间势必互相影响和互相制约。臭氧的传质效率与反应器中液体的紊动 程度、臭氧在水中的分解动力学以及产生气泡的数量 和大小有关。气泡的直径愈小，比表面积也越大（如直 径 50μm 的气泡比表面积是1mm气泡的 200 倍）。

臭氧气体与水的接触面积愈大，臭氧的利用率也就愈大。目前，普遍使用的微孔曝气技术产生的气泡直 径大多数为 0.1～2 mm（毫米气泡），受材料、加工技 术及工艺特性所限，其气泡尺寸缩小程度有限。雾 化曝气技术是指利用微米气泡发生设备将气体溶解 到液体的一种新型的曝气方式，通过微米气泡发生 设备产生的气泡其直径多小于50μm。

直径低于 50 μm 的微纳米气泡，在水中的存在和发展方式与通常的气泡有很大的差异，主要表现为非常大的比表面积、缓慢的上升速度以及较高的内部压力和溶解速度。毫米气泡从水中上升到气液界面破碎，气体逸出损失，而微米气泡在水中稳定性很强，在水中上升 时，逐步缩小，最后消减湮灭溶入水中，从而提高了 气体在水中的溶解度和反应速度。 雾化曝气臭氧氧化（又可称为微米气泡臭氧氧化）是指利用微米气泡发生设备将臭氧气体溶解到水中的一种新型的臭氧氧化氧化技术。

1.1 泵过流水量的影响单台循环泵的造价由泵的过流水量确定，试验表明，泵过流水量分别为 33.6、182.4、288、564、1 296 m3 /d 时，单位过流水量造价依次为 238.10、208.33、138.89、88.65、50.15 元 /(m3 ·d-1)。可以看出，泵的过 流水量越大，循环泵的造价越高，但单位过流水量循 环泵的造价越低。

1.2 处理规模的影响 在气液体积比、臭氧投加量、臭氧气体浓度一定 的情况下，处理规模与循环流量（泵过流水量）呈正 比关系。在气液体积比为 0.1、臭氧投加量5mg/L 时，处理规模与单位水量循环泵造价的关系。

处理规模越大，所需泵的过流 水量越大，处理单位水量的循环泵造价越低。由于目 前技术水平有限，泵过流水量的最大上限为54 m3 /h，这说明处理规模加大到一定程度后，处理单位水量 的循环泵的造价降低有限，且应尽量采用过流水量大的循环泵组合，才能使处理单位水量循环泵造价最低，最终趋于最大过水流量的循环泵所能处理的 处理规模的造价水平。

1.3 气液体积比的影响 在臭氧投加量 5 mg/L、臭氧质量浓度 200 mg/L 时，单位处理水量循环泵造价与气液体积比的关系。在过流水量、臭氧气体浓度、臭氧投加量一定的情况下，气液体积比越大，单台泵可处理的水量越大，当处理规模一定时，需要的循环泵台数减少，循环泵总价降低，则处理单位水量的循环泵的造价降低；且处理规模越大，单位水量循环泵造价随气液体积比升高而降低越明显。

1.4 臭氧气体浓度的影响 在气液体积比为 0.1、臭氧投加量 5 mg/L 时，单 位处理水量循环泵造价与臭氧气体浓度的关系。可以看出，在处理规模和臭氧投加量一定的情况下，若臭氧气体浓度增加，则臭氧气体流量减少，当气液体积比不变时，则所需循环泵的过流水量可减少，循环泵的造价降低，折算为处理单位水量的循环泵造价降低；或者是单台循环泵过流水量确定，臭氧气体浓度增加，气液体积比不变，臭氧投加量不变，则单台泵可处理的水量增加，处理规模不变的情况下，所需循环泵台数减少，则单位水量的循环泵 造价降低。

1.5 臭氧投加量的影响 在臭氧气体质量浓度为 200 mg/L、气液体积比 为 0.1 时，单位水量循环泵造价与臭氧投加量的关系。可以看出，当单台循环泵过流水量、气液体积比、臭氧气体浓度不变时，若臭氧投加量增加，则单台循环泵可处理的水量减小，在总处理规模不变的情况下，则所需循环泵台数增多，循环泵总价 升高，即单位水量循环泵造价升高。

雾化曝气臭氧氧化系统与微孔曝气臭氧氧化系统设备造价对比雾化曝气臭氧氧化系统与微孔曝气臭氧氧化系统相比，多了一套微纳米气泡发生装置。根据A公司供的臭氧发生器 价、B公司提供的制氧系统 价及C公司提供的微米气泡发生设备 价，对两种工艺在均用纯氧源臭氧发生器、均采用现场制氧的方式，在处理规模 10000 m3 /d、臭氧浓度 200 mg/L、气液比0.1的条件下，不同臭氧投加量下的工程造价进行了计算。

随臭氧投加量的增加，雾化曝气臭氧氧化系统与微孔曝气臭氧氧化系统的工程造价增加；在相同的臭氧投加量时，雾化曝气臭氧氧化系统比微孔曝气臭氧氧化系统的工程造价高 30%～40%；换言之，当雾化曝气臭氧氧化系统的臭氧投加 量比微孔曝气臭氧氧化系统的臭氧投加量节约30%～40%以上时，雾化曝气臭氧氧化系统的设备 造价将低于微孔曝气臭氧氧化系统的设备造价。

污水再生处理雾化曝气臭氧氧化系统比微孔曝气臭氧氧化系统增加一套微纳米气泡发生装置，该装置造价的影响因素主要有臭氧投加量、气液比、臭氧气体浓度、循环泵过流水量、处理规模等工艺参数，其中主要影响因素是臭氧投加量和臭氧气体浓度。

在保证处理效果的前提下，减小臭氧投加量、增加臭氧气体浓度及提高循环泵气液比，是降低雾化曝气臭氧氧化系统设备造价的主要措施。在相同的臭氧投加量、相同的臭氧气体浓度及气液比为 0.1 时，污水再生处理雾化曝气臭氧系统设备部分工程 造价与微孔曝气臭氧氧化系统相比高 30%～40%。换言之，当雾化曝气臭氧氧化系统的臭氧投加量比 微孔曝气臭氧氧化系统的臭氧投加量节约 30%～40%以上时，雾化曝气臭氧氧化系统的设备部分造价将低于微孔曝气臭氧氧化系统的设备部分造价。