臭氧氧化在污水处理应用中的工艺及设备分析-zl1311

LOGO臭氧高级氧化在污水处理应用中的设备及工艺介绍青岛国林实业股份有限公司青岛市臭氧应用工程技术研究中心主要内容一、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国林实业股份公司简介公司成立于1994年，国家火炬计划重点高新技术企业，主要从事臭氧产生机理研究、臭氧装备核心器件的研制、臭氧系统设备的设计与制造、臭氧应用工程方案设计与安装调试、运行维护的专业化企业。国内臭氧行业领军企业，亚洲最大的臭氧装备专业化生产企业国家《水处理用臭氧发生器》行业标准的主编单位研制的120kg/h臭氧发生器臭氧单机产量居世界前列金山石化400kg/h、石家庄桥东污水厂600kg/h臭氧系统投入运行臭氧发生器技术及应用简介——1.1臭氧性质1氧化能力极强，其氧化还原电位（2.07Ｖ）仅次于氟（2.87Ｖ）。2可杀菌、消毒、灭藻、脱色、降解COD、分解内分泌干扰物3最环保的氧化剂、消毒剂、脱色剂、除臭剂给水排水食品加工游泳池水产养殖半导体生产臭氧：O3仅次于氟的强氧化能力；比氯还强的杀菌力；反应后生成氧气、无二次污染、清洁环保脱色给水排水印染水工业污水纸浆漂白杀菌氧化去除氮氧化物去除COD去除铁锰精细化工香料生产除臭污水处理厂畜牧养殖厂牲畜屠宰场厕所工业废水1.2臭氧的主要应用领域1.3臭氧发生机理制备臭氧的方法较多，有电解法、紫外辐射法、电晕放电法等。工业上一般采用电晕放电法制取。其原理为：当氧气或空气通过对高压交流电极之间的放电电场（间隙0.2-1.5mm）时，在高速电子流的轰击下，一部分氧分子转变为臭氧。247.4KJ+O2+e-2O+e-O+O2O3+103KJ144.4KJ+1.5O2O31.4臭氧发生器构成1.4臭氧发生器构成1.5主要性能指标及特性曲线臭氧产量单位：g/h，kg/h功耗单位：kW·h/kgO3意义：每产生1kg臭氧所消耗的电能浓度单位：wt%，mg/L意义：决定氧气生成臭氧的转换率、利用率工况条件冷却水温度、气源露点影响功耗和浓度指标25℃冷却水条件下国内外臭氧设备功耗与浓度的特性曲线4567891011121380100120140160180200220臭氧浓度(mg/L)功耗（kWh/kgO3）国林/国外产品国内其他产品1.5主要性能指标及特性曲线固定功率下臭氧产量与气体流量的关系0.40.50.60.70.80.911.100.20.40.60.811.21.41.6相对原料气体流量相对臭氧产量固定气体流量下臭氧产量与电晕功率的关系0.20.40.60.811.21.400.20.40.60.811.21.41.61.8相对电晕功率相对臭氧产量原料气体露点对臭氧产量的影响关系0.50.60.70.80.911.11.2-80-70-60-50-40-30-20-10原料气体露点（摄氏度）相对臭氧产量相对臭氧产量随冷却水温度的变化关系0.650.750.850.951.051.150102030405060冷却水温度（摄氏）相对臭氧产量1.6核心技术——放电管技术特点：1、介质层厚度1.2-2.0mm，介电常数≤4.92、结构特点：玻璃介质管与高压电极同心装配3、直径小，Φ1.2-2cm，发生室体积小4、机械强度稍差，维护要求细致5、没有熔断器6、适用工况：洁净度要求高，氧气源玻璃介质管技术（发明专利）非玻璃介质管技术（发明专利）特点：1、介质层厚度0.5-1.0mm，介电常数≤6.32、结构特点：介质层与与高压电极烧结为一体3、直径大，Φ4.5-6cm，发生室体积大4、机械强度高，装卸维护方便5、每个放电单元有独立熔断器6、适用工况：氧气源和空气源均可1.6核心技术——电源技术国林基于容性负载的大功率逆变谐振电源根据臭氧发生单元特殊的非线性容性负载，攻克技术关键和难点，设计开发了发生室和电源具有良好匹配关系的谐振型中频逆变电源，具有控制简单、灵活、故障率低、臭氧发生效率高等特点。国林容性负载逆变谐振电源控制技术硬件上采用大规模数字逻辑电路和嵌入式高速微处理器构成的双核结构，软件上设计开发了整流和逆变核心控制算法IP核以及基于实时嵌入式操作系统的电源控制系统。经实践验证，工作稳定性和可靠性高，在国内处于领先地位。其中：P——放电平均功率；Cd——介质等效电容；Us——放电维持电压；Uo——峰值驱动电压Cg——气隙电容臭氧发生器主电路：臭氧电晕平均功率：1.6核心技术——整流变频器件可控硅：1、属于半控型电力器件，需要阳极A与阴极K之间施加正电压使其导通、反向电压关断，控制难度大。2、通态压降低，电流容量大，大功率器件性能稳定。特点：A、适用于中频，大中功率。B、控制难度大，对控制程序要求高。C、国林大型设备采用该器件。IGBT：1、属于全控型电力开关器件，需在栅极和发射极上加驱动正电压使其导通，自关断，易于控制。2、开关速度快、饱和压降低，适用于高频。特点：A、适用高频，但大功率受到技术、材料限制。B、易控制，控制程序简单。C、国林中小型设备采用该器件。1.6核心技术——高压变压器技术臭氧专用特种干式变压器：A、适用于臭氧发生器的容性负载特性，造价高B、特殊的材料和绕制工艺，降低了集肤效应，保证了输出功率和工作温度C、巧妙的参数匹配设计，使臭氧发生器工作在良好的谐振状态，系统电耗低D、国林专利技术，自主生产普通油浸式变压器：A、一般工业用，适用于感性、阻性负载，造价低B、臭氧发生器在高频工作状态下，变压器因发热量大、输出功率低，为保证工作温度而采用油浸式C、变压器油对人体有害，密封性能不良、易老化，有渗油、燃烧、爆炸风险，需定期检查D、国林臭氧发生器不采用该技术1.7国际臭氧行业综合比较国际厂商规模排名介质类型变频器件放电频率核心技术放电管变压器主电路控制板瑞士奥宗尼亚1IGS非玻璃放电体大型机：可控硅中小型机：IGBT大型机：中频中小型机：高频自有专利国外配套干式自有技术国外配套自有技术国外配套德国威德高2玻璃介质管大型机：可控硅中小型机：IGBT大型机：中频中小型机：高频自有专利国外配套干式自有技术国外配套自有技术国外配套青岛国林3玻璃、DTA非玻璃介质管大型机：可控硅中小型机：IGBT大型机：中频中小型机：高频自有专利自有专利干式自有技术自主生产自有技术自主生产日本三菱4玻璃介质管镀膜大型机：可控硅中小型机：IGBT大型机：中频中小型机：高频自有专利自有技术干式自有技术自主生产自有技术自主生产日本富士5不锈钢内衬玻璃介质大型机：可控硅中小型机：IGBT大型机：中频中小型机：高频自有专利自有技术干式自有技术自主生产自有技术自主生产国内其他-玻璃、非玻璃介质管变频器/IGBT高频/中频/工频国内配套自有专利国内配套油浸/铁氧体大多国内配套大多国内配套1.8评价臭氧发生器品牌的四大要素放电管、主电源、发生器控制板、变压器等核心技术自主研发、生产。售后服务解决问题速度快。国内唯一掌握可控硅电源用于臭氧技术。核心技术稳定性性能指标权威鉴定大型臭氧设备业绩多，产品稳定性好，在各行各业都有大量设备运行，产品稳定性得到验证，运行稳定性达到进口设备水平。臭氧电耗6-8kWh/kgO3，臭氧浓度6%-13%，达到国内领先，国际先进水平，节约电能和氧气消耗。国林20kg/h、50kg/h、100kg/h、120kg/h大型臭氧发生器通过了建设部的科技成果鉴定/评估。1.9臭氧系统及臭氧投加工艺（1）空气源系统及曝气投加工艺1.9臭氧系统及臭氧投加工艺（2）氧气源系统及射流投加工艺液氧储罐及汽化器氮气补加及仪表风处理系统循环冷却水系统臭氧投加分配单元臭氧曝气盘尾气分解器臭氧系统总控柜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原水特点本次试验水样取自某污水处理厂二级出水，生活污水70%，工业污水30%，经二级处理后，出水COD在60-80mg/L，可生化性差，污染物大多为难降解有机物。试验装置本次试验装置如图。反应器为内径80mm、高4m的玻璃柱，有效容积18.0L（有效水深3.6m），臭氧从反应器底部的曝气头进入反应器与污水接触反应。臭氧产量可通过氧气量或功率进行调节，采取静态连续投加的方式进行。2臭氧氧化生活污水二级出水的效果臭氧氧化对COD的去除010203040506070800246810121416182022臭氧投加量（mg/L）COD（mg/L）051015202530COD去除率（%）CODCOD去除率臭氧氧化对TOC的去除0246810121416180246810121416182022臭氧投加量（mg/L）TOC（mg/L)051015202530TOC去除率（%）TOCTOC去除率•臭氧投加量12mg/L时，COD由原来的68.6mg/L降至48.7mg/L，去除率25.91%，TOC由原来的15.5mg/L降至11.2mg/L，去除率27.74%。•臭氧投加量由12mg/L增至20mg/L时，COD与TOC的去除率分别增加了1.56%、0.65%，由此可以看出，臭氧投加量12mg/L时，水中有机物去除较快，再增加臭氧量去除率提高不明显。臭氧氧化对COD和TOC的去除效果2臭氧氧化生活污水二级出水的效果臭氧氧化对氨氮的去除18192021222324250246810121416182022臭氧投加量（mg/L）NH3-N（mg/L）0123456NH3-NNH3-N去除率臭氧氧化对UV254的去除0.000.050.100.150.200.250.300.350246810121416182022臭氧投加量（mg/L）UV254（cm-1）01020304050607080UV254去除率（%）UV254UV254去除率臭氧氧化对氨氮和UV２５４的去除效果•臭氧投加量6mg/L时，氨氮去除率5.04%，继续投加臭氧时，氨氮基本不再变化，说明臭氧氧化对水中氨氮的去除不太明显。•臭氧投加量为8mg/L时去除率达61.41%。ＵＶ２５４可间接反应含碳碳、碳氧双键的有机物及含苯环类物质的含量，可见，臭氧可破坏含双键等有机物的基团。2臭氧氧化生活污水二级出水的效果臭氧氧化对色度的去除0204060801001201400246810121416182022臭氧投加量（mg/L）色度0102030405060708090100色度去除率（%）色度色度去除率臭氧氧化对可生化性的影响0.000.050.100.150.200.250.300.350246810121416182022臭氧投加量（mg/L）B/C•臭氧对色度的去除效果显著，臭氧投加量为8mg/L时，色度的去除率达83.33%，臭氧对有机发色基团具有很好的破坏和分解作用。但臭氧对没有还原性的无机颜色无法去除。•臭氧氧化去除COD与TOC的同时可以改变有机污染物的分子结构。随着臭氧投加量增加，B/C随之增加，臭氧投加量在12mg/L时，B/C有最初的0.12提高到0.3。臭氧氧化对色度的去除和可生化性的影响2臭氧氧化生活污水二级出水的效果臭氧氧化对水中有机物分子量分布的影响50556065707580850246810121416182022臭氧投加量（mg/l）分子量小于1000的有机物含量臭氧氧化对有机物分子量分布的影响•随着臭氧量的增加，污水中的小分子有机物含量逐渐增加，说明臭氧对大分子有机物有明显的降解作用。•臭氧对有机物具有断链、开环作用，虽不能全部去除有机物，但可去除COD与TOC的同时可以改变有机污染物的分子结构及分子量分布。2臭氧氧化生活污水二级出水的效果pH对臭氧氧化效果的影响051015202530354045456789101112pH值去除率（%）TOC去除率COD去除率温度对臭氧氧氧化效果的影响151719212325272931331015202530354045温度（。C）去除率（