主要内容一、臭氧发生器技术及应用简介二、臭氧氧化生活污水二级出水的效果三、臭氧高级氧化技术简介四、《水处理用臭氧发生器》标准介绍五、臭氧发生器的选型路线简介六、选购臭氧发生器的五大误区七、臭氧系统运行中常见的问题及分析八、臭氧工程案例及现场 臭氧发生器技术及应用简介——1.1臭氧性质 1.2臭氧的主要应用领域 1.3臭氧发生机理 1.4臭氧发生器构成 1.4臭氧发生器构成 1.5主要性能指标及曲线 1.6核心技术——放电管技术 1.6核心技术——电源技术 1.6核心技术——整流变频器件 1.6核心技术——高压变压器技术 1.7国际臭氧行业综合比较 1.8评价臭氧发生器品牌的四大要素 1.9臭氧系统及臭氧投加工艺 1.10臭氧系统配套装置 2臭氧氧化生活污水二级出水的效果 在臭氧初始投加一定范围内,TOC与COD的去除率较高,超出此范围,有机物的去除变缓,再增大臭氧量意义不大,如需进一步降低有机物,应该结合其它方法进行处理。 臭氧氧化对UV254及色度的去除效果显著,说明臭氧对苯环、碳碳双键等有机物有明显的分解和破坏作用。 臭氧氧化可分解水中的大分子物质,可明显提高二级出水的可生化性,因此臭氧可作后级为生化处理的预处理手段使用。 pH值及温度对臭氧氧化有较大的影响,在碱性条件下,臭氧氧化有机物的效果明显提高;水温25-35度时,臭氧氧化效果较好。 适合采用臭氧氧化工艺的几种类型污水 水质要求高的再生水——脱色、除臭 一级A提标改造项目——降COD 出水色度较高的污水——脱色 含有大量工业污水——降COD、提高生化性 几种常见的臭氧组合工艺 砂滤+臭氧 MBR+臭氧 臭氧+BAF 臭氧+BAC 臭氧+催化剂 高级氧化技术(Advanced Oxidation Processes,AOPs)是近年发展起来的备受人们关注的一种有机污染物氧化去除新技术,它是指利用反应中产生的强氧化性的羟基自由基OH作为主 要氧化剂,氧化分解和矿化水中有机物的氧化方法。 高级氧化方法及作用机理是通过不同途径产生OH,高级氧化 技术是以产生OH为标志。 下表列出了在水处理过程中通常使用的几种氧化剂的氧化还原电位,很明显, OH具有最强的氧化能力。 臭氧高级氧化技术特点 氧化能力强O3高级氧化产生的OH是一种极强的化学氧化剂(氧化还原电位2.80eV),除氟外,OH的氧化能力要大大高于普通化学氧化剂。反应速率大。 臭氧高级氧化技术特点(1)选择性小O3会优先与反应速度快的物质进行反应,而OH与不同有机物反应速率常数相差较小,选择性很小,不会出现一种物质得到降解而另一种物质几乎没有反应。(2)寿命短羟基自由基OH是O3高级氧化过程中生成具有高度活性的中间产物,虽然不同环境其存在时间有一定差别,但一般都小于10-4s。(3)处理效率高、不产生二次污染尽管OH的寿命较短,因其反应速率常数大、氧化能力强,处理效率高。不产生三卤甲烷类副产物(THMS)、溴代有机化合物及溴酸盐等致癌物质。 臭氧高级氧化技术的机理 OH与有机物反应生成有机自由基,有机自由基与氧分子碰撞生成过氧化物自由基,这些有机自由基进一步发生分解和反应。反应如下:◆ 脱氢反应RH+OH R+H2O◆双键或三键的加成OH+R2C=CR2 R2(OH)C-CR2◆电子转移RX+OH OH-+RX+上述反应中产生的有机自由基又可能发生如下反应:◆聚合反应R+R R-R◆与氧分子反应R+O2 RO2 高级氧化技术通常包括以工艺:O3/催化剂;O3/H2O2;O3/UV;O3/Fe2+; O3/Fe3+;UV/TiO2;H2O2/ Fe2+(Fe3+)/UV;O3/H2O2/UV;O3/BAC。 O3/催化剂 按催化剂相态,臭氧催化氧化分为均相催化氧化和多相催化氧化。均相催化氧化——向水溶液中加入金属离子以强化臭氧的氧化反应;多相催化氧化——以金属氧化物或附着于载体上的金属/ 金属氧化物为催化剂的氧化反应。 3.臭氧高级氧化技术简介 4.《水处理用臭氧发生器》(CJ/TC22-2010) 4 . 分类和规格 4.1 分类 4.1.1 按臭氧发生单元的结构形式,分为管式和板式。 4.1.2 按介质阻挡放电的频率,分为工频(50Hz,60 Hz)、中频(100 Hz~1000Hz)和高频(>1000 Hz)。 4.1.3 按供气气源,分为空气型和氧气型。 4.1.4 按冷却方式,分为水冷却和空气冷却。 4.1.5按臭氧产量,分为小型(5g/h~100g/h)、中型(>100g/h~1000g/h)和大型(>1kg/h)。 4.2 规格 4.2.1 臭氧发生器额定臭氧产量应符合表1的规定。 4.2.2 生产、订购应优先选用规格系列产品,特殊情况宜按相邻规格中间值选定。 6.1环境条件 6.1.1臭氧发生器额定技术指标检测的环境条件要求: a)环境温度20℃±2℃,相对湿度不高于60%; b) 冷却水进水温度22℃±2℃。 6.1.2臭氧发生器正常工作条件要求: a)环境温度不高于45℃,相对湿度不高于85%; b)冷却水进水温度不大于35℃。 6.2供气气源 6.2.1臭氧发生器对各类气源要求参见表2 6.2.2应在臭氧发生器进气端配置精度不低于0.1μm的过滤装置。 6.3 冷却水 6.3.1 直接冷却臭氧发生器的冷却水应满足以下条件:pH值不小于6.5且不大于8.5,氯化物含量不高于250mg/L,总硬度(以CaCO3计)不高于450mg/L,浑浊度(散射浑浊度单位)不高于1NTU。6.3.2 大型臭氧发生器宜采用闭式循环冷却系统。6.4 额定技术指标臭氧发生器的额定技术指标按标准状态(NTP)计算,应符合表3的规定。 5.臭氧发生器的选型路线 臭氧发生量的确定 臭氧投加浓度——C:g/m3,通过中试或小试 每小时处理水量——Q:m3/h 臭氧发生量:D=C×Q 臭氧发生器选型原则 兼顾安全性、合理性、经济性的原则: 考虑在极端水质、水量下臭氧发生量能够满足要求 考虑在极端工况下臭氧发生量能够满足要求 最低臭氧需求量条件下能在设备性能曲线下可靠调节 设备备用方式——软备用或硬备用 例如臭氧需求量在24kg/h 一用一备: 2Х24kg/h;两用一备:3Х12kg/h;软备:2Х18kg/h6.选购臭氧发生器的五大误区 1)迷信进口设备 (2)以频率高低评判臭氧发生器 a)频率、电压与臭氧产量、电耗的关系 b)决定功耗、效率的因素 放电气隙、放电介质特性、电源频率及电压与负载的匹配c)相关分析 在固定放电电压条件下,提高频率会引起放电功率和臭氧产量增加,其比值才为功耗(效率)指标,因此,“高频臭氧产生效率高”的宣传,属误导市场的欺骗行为。(3)以可控硅和IGBT变频器件评判臭氧设备的优劣 a)可控硅与IGBT各自的特点 b)相关建议 臭氧发生器是涉及机械、电气、材料、结构、加工精度等因素一个复杂的、相互作用的系统,应关注整机的性能,技术指标和稳定性是臭氧发生器优劣的评判标准,而仅关注某一个器件的特点,容易得出狭隘的结论。(4)空气源比氧气源臭氧设备运行费用低 a)概念的根源空气源只耗电,氧气源还要购买氧气,所以空气源运行费用低。真的是这样吗? b)空气源与氧气源臭氧发生器的比较序号气源1kg臭氧消耗1kg臭氧费用投资稳定性1空气源14kWh+5kWh14.25元大受空气处理系统稳定性、气源质量影响大2氧气源7.5kWh+10kgO312.75元低气源质量稳定 (5)臭氧发生间界区的防爆问题 a)《室外给水设计规范》(GB50013-2006)第9.9.19条“在设有臭氧发生器的建筑内,用电设备必须采用防爆型 ”。 b) 《生活饮用水净化用臭氧系统设备选型指南》, “十一五”项目编写,通过建设部组织专家审查,2013年7月公开发行。《指南》P51 明确说明“臭氧爆炸是被高度关注的问题,只有在臭氧浓度高达225- 300g/m3(15-20%,w/w)爆炸才有可能。对此科学文献早有论述,最近日本标准也已确认。因此,在200g/m3以下浓度,发生器及相关设备应用臭氧不存在爆炸危险也无需按防爆标准设计、生产。” c)设计单位应对:空气源不存在防爆问题;氧气源将臭氧电源柜车间与臭氧发生室车间隔离,臭氧发生室车间照明防爆;氧气为助燃气体, 周围不得有挥发型有机物存在,臭氧用变压器不能采用油浸式(有漏油、燃烧、爆炸风险)。 7.臭氧系统运行中常见的问题及分析 a)控制原理 适用气源:纯氧气源。由于水量水质变化,需要调节臭氧系统的产量,则PLC按照设定浓度计算出氧气流量进行调节,实际浓度出现偏离,则臭氧发生进行功率调节以达到设定浓度。优点:节约氧气用量。 b)存在问题 如果臭氧浓度监测仪出现故障率或产生漂移,则“恒定臭氧浓度,调节氧气流量”控制方式难以实现。 c)解决方式 采用“恒定氧气流量,调节臭氧浓度” 的就地控制方式。缺点:浪费氧气。 d)优化方案 备用“臭氧产量对应功率、氧气流量”的开环控制方式,需对臭氧产量、功率、气量进行曲线测试,并置入PLC,根据经验数据进行调节。在出现臭氧浓度监测仪故障时,采用该备用的控制方式,使臭氧浓度监测仪不参与控制。 ( 2)根据水中余臭氧自动调节臭氧产量难以实现 a)控制原理 根据水中溶解的臭氧浓度,调节臭氧的投加量,即调节臭氧系统的发生量。 b)存在问题 在污水中臭氧反应、分解速度快,难以监测出臭氧浓度;即使在给水处理中,水溶臭氧浓度数值小(0.05-0.2ppm)显示数值波动较大,臭氧设备功率调节频繁;探头易受污染,仪表的精度、快速响应、重复性等出现一定问题,准确性差,需发至国外厂家校正;受臭氧投加点、接触时间、水量等多个参量影响,采用这种方式实现自动控制几乎是不可行的。 c)建议 在设计和运行时,水溶臭氧浓度仅作为查考数值,不参与控制。 (3)外循环冷却水的问题(4)臭氧接触内的泡沫问题 a)泡沫产生的原因 水中磷酸盐、表面活性剂和脂肪酸含量过高,再加上臭氧曝气,在臭氧接触池顶部的空间会产生大量的泡沫。 b)泡沫的危害泡沫进入臭氧尾气破坏器,影响催化剂和加热管的寿命;双向呼吸阀有泡沫溢出,尾气中的臭氧外泄。 c)解决方法根据小试、中式注意泡沫的产生量,增大设计臭氧接触池内水面上的空间;尾气破坏器的进气管道,设置可靠的除泡器。(5)工况条件带来的影响 a)冷却水温度冷却水温度超过30℃,会造成电耗的增高和稳定性降低 b)臭氧设备间温度环境温度40 ℃ ,机柜温度上升到55 ℃以上,造成电气元件的稳定性变差 c)气源露点、粉尘、有机气体发生效率降低,电耗增加,介质管被击穿的几率增加 d)环境中的腐蚀性气体电路控制板、仪器、仪表受到危害,空压机、冷干机易被腐蚀、损坏。(6)空气处理系统的问题采用空气源或现场制氧气源,除增加投资外还存在以下问题: a)潜在故障点增多与纯氧气源比较,空气源或现场制氧气源会增加空气压缩、干 燥、除尘、除油等工艺设备,一旦某一环节出现问题,影响整个臭氧系统运行。 b)压缩机的含油量进口无油压缩机价格昂贵,用户难以接受;国产微油压缩机出气含油量高,较短短时间造成过滤器失效、发生室清洗。 c)环境腐蚀性气体环境中的酸性气体对空压机、冷干机等设备密封性和寿命影响较大。(7)尾气中的酸性气体对臭氧破坏器的腐蚀 a)酸性气体的来源工业园区污水中含大量化工类废水,经臭氧曝气后挥发出大量酸性气体。 b)对臭氧尾气破坏器的危害臭氧尾气破坏器一般采用加热-催化连用的方式,酸性气体会腐蚀加热管和尾气破坏器的叶轮、轴承、密封件,设备频繁出 现故障。 c)解决方法调节水的pH值;或者,在尾气进入破坏器前,设置碱液吸收装 置。8.臭氧工程案例及现场——市政给水处理臭氧的作用:u 分解生物难降解的有机和无机污染物,如苯、酚及其衍生物,氰化物、硫化物、锰、铁和腐殖酸,杀虫剂、除草剂;u 杀灭抗氯性“两虫”、细菌、病毒、藻类;脱色、除臭、降低浊度;u 分解内分泌干扰物,避免卤代烃、氯胺等致癌物质的产生;u 提高水中DO(溶解氧)浓度,将大分子有机物降解为小分子,提高后续BAC 对COD和氨氮的降解效率和持久性。 臭氧氧化工艺:u 一般用于出水末端,进一步降低COD、脱色,确保出水指标。u 一级B到一级A的提标改造, 采用臭氧+过滤工艺可以实现。u 中水回用采用该工艺,用于脱色和除臭。 臭氧的作用:u 进一步降解难生化的有机物;u 降低出水的色度、浊度;u 杀灭水中的大肠杆菌、病毒;u 去除水中的臭味。 8.臭氧工程案例及现场——工业废水处理8.臭氧工程案例及现场——烟气脱硝处理
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