臭氧系統

臭氧系統

主要由臭氧發生系統、臭氧氣源系統、冷卻水系統、臭氧投加系統、尾氣破壞系統、系統控制等組成,主要用於水深度處理。空氣淨化所用的是主要元件是一個簡單的臭氧發生器

簡介

隨著居民生活水平的不斷提高和健康條件的日益改善,飲用水水質標準要求亦愈來愈高,常規的絮凝、沉澱、過濾、消毒淨水工藝,已難以滿足水質不斷提高的要求,有必要在現有常規處理工藝的基礎上,再增加水質深度處理。

臭氧氧化+活性炭過濾的水質深度處理工藝,已在深圳、上海、昆明、常州等城市逐步實施。在臭氧活性炭工藝中,臭氧系統是其重要的組成部分,它的配置直接影響著淨水效果與運行成本。

臭氧系統主要由臭氧發生系統、臭氧氣源、尾氣破壞系統、系統控制等組成,主要用於水深度處理。空氣淨化所用的是主要元件是一個簡單的臭氧發生器,不屬於在此所說的臭氧系統。

臭氧性質

臭氧(O)是氧(O)的同素異形體,是一種很強的氧化劑和消毒劑。臭氧是由3個氧原子成等腰三角形構成,密度為2.144 kg/m ,它在水中的溶解度是氧氣的10多倍。臭氧的氧化能力很強,其氧化還原電位為2.08 V,遠遠高於水廠常用的消毒劑液氯(氧化還原電位為1.36 V)。

臭氧工藝

臭氧在給水淨化工藝中的主要作用有:前(預)氧化和後氧化。

臭氧投入水中後,與有機物的反應分為直接反應和間接反應。直接反應是臭氧直接氧化水中有機物,它是有選擇性的,它的反應速度較慢;間接反應,臭氧是通過水中形成的·OH自由基氧化有機物,它是沒有選擇性的,它的反應速度很快。

前(預)氧化工藝

在前(預)氧化工藝中,臭氧的作用主要有:去除臭和味、色度、鐵、錳以及重金屬和藻類,使水中膠體微粒脫穩,改善絮凝效果,減少混凝劑的投加量,並可去除THM等三致物質的母體物,減少水中三致物質的含量,可將大分子有機物氧化為小分子有機物,氧化無機物質如氰化物、碳化物、硝化物。

前(預)臭氧接觸氧化的臭氧投加量很少,一般為0.5~1.5 mg/L。且反應時間短,一般為2~4 min,反應速度快,水中余臭氧一般為零或很少。

前(預)臭氧接觸氧化系統的被處理水一般為原水,水中含有一定數量的雜質,因此其擴散裝置必須能夠防止被原水中的雜質堵塞,一般採用靜態混合器或射流擴散器。靜態混合器需要消耗0.5~1 m的水頭,因此它適用於原水水頭有富餘的場合。射流擴散器不消耗原水水頭,但它需增加部分動力設備,提升少量的原水(1.2~1.6 m3/kgO)與臭氧混合,從而提高臭氧的轉移效率。

前(預)臭氧接觸氧化系統一般在每條流程線前端設1個投加點,有效水深一般為6 m。

後氧化工藝

在後氧化工藝中,臭氧一般與活性炭聯合使用,其作用主要有:殺死細菌和病毒;氧化有機物,如殺蟲劑、清潔劑、苯酚等;去除COD;氧化分解螯合物,如EDTA和NTA等。

後臭氧接觸氧化的反應速度慢,反應時間一般不小於10 min。臭氧投加量一般為1.5~2.5 mg/L,水中余臭氧為0.2~0.4 mg/L。有效水深也為6 m。

後臭氧接觸氧化系統的被處理水一般為砂濾後水,水質較清,不含雜質,因此其擴散裝置一般均採用微孔布氣帽(盤)。微孔布氣帽(盤)不消耗動力,價格便宜,臭氧轉移效率高。

後臭氧接觸氧化系統一般每條流程線設2~3個投加點。

當採用2點投加時,各點臭氧投加比例順水流方向依次為總投加量的 80%~50%,20%~50%;2個投加點臭氧接觸時間分別為總時間的50%。

當採用3點投加時,各點臭氧投加比例順水流方向依次為總投加量的 80%~40%,10%~30%,10%~30%;3個投加點臭氧接觸時間,順水流方向依次為總時間的30%,30%,40%。

臭氧系統設計

在給水淨化工藝中,臭氧系統一般由前(預)臭氧接觸氧化、後臭氧接觸氧化(見臭氧工藝)、臭氧發生系統、臭氧氣源、尾氣破壞系統、PLC等幾部分組成。

臭氧發生系統

臭氧是氧分子通過高壓放電區時,被高電位電場電離而變成氧原子,一個氧原子與一個氧分子再結合,形成O(臭氧)。

臭氧發生器的臭氧產量與質量分數,隨著供氣壓力的增高而降低,其最佳工作壓力一般為0.12~0.13 MPa。

臭氧質量分數低,臭氧發生器的能耗也低,但臭氧發生所消耗的氧氣量則增加;臭氧質量分數高,臭氧發生器的能耗也高,但臭氧發生所消耗的氧氣量則減少。因此究竟選用多大的臭氧質量分數,設計時應根據當地的電價和氧氣價格,進行總能耗比較後才能確定。

臭氧發生器的備用率一般應大於30%,備用的方式有設備台數備用(硬備用)與設備發生能力備用(軟備用)兩種。

臭氧的氣源

臭氧發生器的氣源可以是:空氣、液態氧(LOX)、氣態氧。

空氣制臭氧,臭氧發生設備投資高,運行電耗高,臭氧產量與質量分數低,臭氧質量分數一般在3%~4%,生產1 kgO3耗電量在23~25 kW·h。

液態氧(LOX)制臭氧,臭氧發生設備投資低,運行電耗也低。臭氧質量分數可達18%甚至更高,生產1 kgO耗電量在10~13 kW·h。但液態氧一般需外購,臭氧發生總成本隨著液態氧價格的變化而變化。

氣態氧制臭氧,臭氧發生設備的投資比空氣制臭氧低,但比液態氧制臭氧要高。運行電耗也是介於兩者之間。臭氧質量分數也可達到18%甚至更高,生產1 kgO耗電量在11~14 kW·h。

氣態氧一般是現場製取,製取的方法主要有:VPSA,VSA和PSA。它們都是利用分子篩吸附空氣中的氮氣,讓空氣中的氧氣從分子篩通過,從而達到空分的目的。當分子篩吸附飽和後,再通過變壓,使分子篩中的氮氣脫落從而得到再生。之後,分子篩再重新工作。

現場制氧氣,氧氣體積分數一般在90%~93%,生產1 kgO能耗一般在0.3~0.4 kW·h 。

用液態氧制臭氧,試驗表明氧氣體積分數在97.7%,氮氣體積分數在2.3%時,臭氧發生器的臭氧產率最高。

對於不同的地區,究竟採用何種氣源,設計時應根據當地的電價和氧氣價格經成本分析後再確定。

臭氧尾氣破壞系統

臭氧是一種帶有強刺激氣味的淡藍色氣體。臭氧在空氣中的體積分數為0.01×10 時能嗅出,環保允許排放體積分數為0.05×10 ~0.1×10 。臭氧在常溫下分解消失的半衰期為20 min。

由於受水質與擴散裝置的影響,進入接觸池的臭氧很難100%被吸收,在排出的尾氣中仍含有一定數量的剩餘臭氧。由於臭氧對人體健康有危害,對環境有污染,因此必須對接觸池排出的尾氣進行處理。常用的方法有:高溫加熱法和催化劑法。

高溫加熱法:臭氧加熱到350℃時,其半衰期小於0.04 s,它在1.5~2 s 內便可100%分解。加熱法的優點是:安全可靠,維護簡單,並可回收熱能;缺點是:增加了部分設備投資和運行能耗。

催化劑法:它是利用催化劑對臭氧尾氣進行分解破壞,目前使用的催化劑是以MnO為基質的填料。催化劑法的優點是設備投資和運行能耗比高溫加熱法低;缺點是處理效果受水質(如硫化物、鹵素)、環境質量、尾氣的含水率、催化劑的使用年限等因素影響,其安全穩定性比高溫加熱法差,且催化劑需要定期更換。

臭氧系統的控制

臭氧的需求量一般根據式(1)進行確定:

? ?R=QD (1)??

式中?R?--臭氧需求量,kg/h;

Q?--處理水量,m /h;

D?--臭氧的投加率,kg/m 。

臭氧的供給量用式(2)進行確定:

??S=MC (2)??

式中?S?--臭氧供給量,kg/h;

?  M?--臭氧化氣體(混合氣體)流量,kg/h; ?

C?--臭氧的質量分數。

臭氧系統的控制就是使? R=S?。

前(預)臭氧投加控制,一般採用設定臭氧投加率,根據水量變化比例投加。投加量的控制根據 公式( 1 ,採用PLC自動控制臭氧發生器的產量。

後臭氧投加控制,一般採用設定臭氧投加率,根據水量變化與水中余臭氧的變化,雙因子複合環投加控制。處理水量是前饋條件,余臭氧是後饋條件。

投加量的控制也是根據 式( 1 ,採用PLC自動控制臭氧發生器的產量。但 式( 1 中的D值,需要根據余臭氧反饋數據進行自動修改。

臭氧發生量的控制一般有三種方式:第一種為恆臭氧質量分數,變臭氧流量。第二種為恆臭氧流量,變臭氧質量分數。第三種為變臭氧流量,變臭氧質量分數。

臭氧發生量大小的控制,均是由PLC系統根據 式(1 式( 2),通過調整相關的參數來完成的。

管材與密封件

氧氣管、乾的臭氧管、冷卻水管一般採用AISI/ASTM304L不鏽鋼或同等級的其它產品。

濕的臭氧管道和擴散裝置一般採用AISI/ASTM316L不鏽鋼或同等級的其它產品。

密封墊片。冷卻水採用乙丙橡膠(EPDM)或同等產品。氧氣採用氟橡膠(FPM)(如Vit on)或同等產品。臭氧採用聚四氟乙烯(PTFE)(如Teflon)或同等產品。

臭氧系統的安裝

臭氧系統安裝的主要內容有焊接、清洗及強度與氣密性試驗。

焊接

焊接方法應採用鎢極氬弧焊,開V型坡口。氬氣體積分數不得低於99.96%。焊接過程中管道內必須充滿惰性氣體。

焊縫應進行10%~30%的X射線探傷檢查。如果抽查中發現有一處焊縫存在缺陷,則相鄰的焊縫均要進行檢查;如果檢查仍不合格,則所有焊縫均要進行探傷檢查。任何焊縫返工不得超過2次。

檢查合格的焊縫要求進行酸洗鈍化,以防鏽蝕。

焊接現場要求無灰塵、無油蒸汽,通風良好。不鏽鋼與碳鋼的作業區必須分開。

清洗

氧氣管道中的一個小顆粒,當其在移動時就會點燃管道內的油脂殘留物,從而引起管道爆炸。因此臭氧系統管道中的所有雜質必須清洗乾淨。

清洗場地應無塵、無油蒸汽,並且通風良好。

清洗用的清潔劑一般採用99.8%的乙醇,不得使用氯化物清洗劑,因為殘留的氯化物會影響臭氧發生器的正常工作。

清洗時,先封住管道一端並倒入清潔劑,待油脂完全溶解後倒出清潔劑,用無油、乾燥空氣或其它惰性氣體吹掃管道內壁,去除溶劑和固體顆粒。再在紫外光(波長320~380 nm)下進行表觀檢查,不得出現碳氫化合物的螢光。已清洗合格的管道應兩端封堵,編號,有序地擺放在清潔乾燥的房間。

強度與氣密性試驗

強度試驗壓力為1.5倍工作壓力。氣密性試驗壓力等於工作壓力。

強度與氣密性試驗用的介質應是清潔、乾燥、無油的空氣,N,O或其它惰性氣體。

強度試驗應無變形、無泄漏。

氣密性試驗是根據P/T=常數(P為壓力,T為溫度)而進行的。

壓力與溫度檢測儀表精度應為一級(±1%)。

氣密性試驗前應對每個連線處用肥皂水檢查,不得有泄漏。

氣密性試驗設0.5 h與12 h檢測點,兩點的P/T值之差應小於1%。

調試

調試一般在供貨商工程師現場指導下進行。

調試前應按P&I圖對各單項設備和儀表進行逐項檢查和驗收,並作好標記。管道焊接、清洗、強度與氣密性試驗必須符合要求。

調試負荷一般從25%開始,逐漸增大到100%。測試點一般分為25%,50%,75%,100%。

調試內容主要有臭氧發生量、能耗、氧氣用量以及PLC的運行工況等,各項測試參數應事先製成相 應的表格。

調試過程中的各項參數應按表格翔實填寫,並進行必要的驗算。

臭氧系統的原則

前臭氧接觸時間一般為2~4 min,投加量一般為0.5~1.5 mg/L;後臭氧接觸時間一般不小於10 min,投加量一般為1.5~2.5 mg/L,水中余臭氧為0.2~0.4 mg/L。

臭氧擴散裝置既要效率高、成本低,又要考慮原水堵塞問題。

對臭氧質量分數、發生器的備用方式、臭氧氣源,設計時應根據當地電價和氧氣價格,經技術經濟比較後擇優選用。

臭氧發生的控制方式需根據規模大小與氣源情況而定。

臭氧系統的焊接與清洗,關係到系統運行的安全穩定性,施工時應嚴格按規程操作。

系統調試應在各項檢查合格後進行,負荷應從小到大逐漸增加,測試參數應真實可靠。

相關詞條

熱門詞條

聯絡我們