臭氧氧化在污水处理应用中的工艺及设备分析ppt课件.ppt
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1、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
2、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,1.2 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。,1.4 臭氧发生器构成,1.4 臭氧发生器构成,1.5 主要性能指标及特性曲线,臭氧产量单位:g/h,kg/h功耗单位:kW
3、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,1.5 主要性能指标及特性曲线,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,1.2-2cm,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
4、烧结为一体3、直径大,4.5-6cm,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,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
5、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
6、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,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)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%
7、,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
8、%、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,臭氧氧化对氨氮和UV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%。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
9、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
10、,固定臭氧投加量12mg/L,改变污水的pH值进行试验,随着pH的升高,TOC与COD的去除率均有明显的升高。因为在偏酸性的环境下,臭氧直接反应起主要作用,随着pH值的升高,OH反应增强, 处理效果提高。,H值、温度对臭氧氧化效果的影响,固定臭氧投加量12mg/L,pH值调至7.5,改变水温进行臭氧氧化试验。当水温在25-35度时,氧化对TOC与COD的去除率较高;臭氧在低温下,反应活性较低,当水温超过35度时,臭氧的分解速度加快,效率有所下降。,2 臭氧氧化生活污水二级出水的效果,试验总结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
11、,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。,2 臭氧氧化生活污水二级出水的效果,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
12、臭氧+BAF臭氧+BAC臭氧+催化剂,3 臭氧高级氧化技术简介,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。,3 臭氧高级氧化技术简介,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2.8
13、0eV),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,3 臭氧高级氧化技术简介,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,3 臭氧高级氧化技术简介,
14、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 RO2,3 臭氧高级氧化技术简介,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;
15、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,单独臭氧氧化与高级氧化处理效果的对比(相同臭氧量),4 水处理用臭氧发生器(CJ/T322-2010),水处理用臭氧发生器(CJ/T322-2010) 2010-1-19发布,2010-6-1实施本标准是对CJ/T 3028.1-1994臭氧发生器和CJ/T 3028.2-1994臭氧发生器臭氧浓度、产量、电耗的测量的修订 参照标准 1 德国:D
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