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簡(jiǎn)介

性質(zhì)

工藝

.前（預(yù)）氧化工藝

.后氧化工藝

臭氧系統(tǒng)設(shè)計(jì)

.強(qiáng)度與氣密性試驗(yàn)

調(diào)試

臭氧系統(tǒng)的原則

簡(jiǎn)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(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求亦愈來(lái)愈高，常規(guī)的絮凝、沉淀、過(guò)濾、消毒凈水工藝，已難以滿足水質(zhì)不斷提高的要求，有必要在現(xiàn)有常規(guī)處理工藝的基礎(chǔ)上，再增加水質(zhì)深度處理。

臭氧氧化+活性炭過(guò)濾的水質(zhì)深度處理工藝，已在深圳、上海、昆明、常州等城市逐步實(shí)施。在臭氧活性炭工藝中，臭氧系統(tǒng)是其重要的組成部分，它的配置直接影響著凈水效果與運(yùn)行成本。

臭氧系統(tǒng)主要由臭氧發(fā)生系統(tǒng)、臭氧氣源、尾氣破壞系統(tǒng)、系統(tǒng)控制等組成，主要用于水深度處理?？諝鈨艋玫氖侵饕且粋€(gè)簡(jiǎn)單的臭氧發(fā)生器，不屬于在此所說(shuō)的臭氧系統(tǒng)。

性質(zhì)

臭氧（O3）是氧（O2）的同素異形體，是一種很強(qiáng)的氧化劑和消毒劑。臭氧是由3個(gè)氧原子成等腰三角形構(gòu)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(qiáng)，其氧化還原電位為2.08 V，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于水廠常用的消毒劑液氯（氧化還原電位為1.36 V）。

工藝

臭氧在給水凈化工藝中的主要作用有:前（預(yù)）氧化和后氧化。

臭氧投入水中后，與有機(jī)物的反應(yīng)分為直接反應(yīng)和間接反應(yīng)。直接反應(yīng)是臭氧直接氧化水中有機(jī)物，它是有選擇性的，它的反應(yīng)速度較慢;間接反應(yīng)，臭氧是通過(guò)水中形成的·OH自由基氧化有機(jī)物，它是沒(méi)有選擇性的，它的反應(yīng)速度很快。

前（預(yù)）氧化工藝

在前（預(yù)）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(lèi)，使水中膠體微粒脫穩(wěn)，改善絮凝效果，減少混凝劑的投加量，并可去除THM等三致物質(zhì)的母體物，減少水中三致物質(zhì)的含量，可將大分子有機(jī)物氧化為小分子有機(jī)物，氧化無(wú)機(jī)物質(zhì)如碳化物、硝化物。

前（預(yù)）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(yīng)時(shí)間短，一般為2~4 min，反應(yīng)速度快，水中余臭氧一般為零或很少。

前（預(yù)）臭氧接觸氧化系統(tǒng)的被處理水一般為原水，水中含有一定數(shù)量的雜質(zhì)，因此其擴(kuò)散裝置必須能夠防止被原水中的雜質(zhì)堵塞，一般采用靜態(tài)混合器或射流擴(kuò)散器。靜態(tài)混合器需要消耗0.5~1 m的水頭，因此它適用于原水水頭有富余的場(chǎng)合。射流擴(kuò)散器不消耗原水水頭，但它需增加部分動(dòng)力設(shè)備，提升少量的原水（1.2~1.6 m3/kgO3）與臭氧混合，從而提高臭氧的轉(zhuǎn)移效率。

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

后氧化工藝

在后氧化工藝中，臭氧一般與活性炭聯(lián)合使用，其作用主要有:殺死細(xì)菌和病毒;氧化有機(jī)物，如殺蟲(chóng)劑、清潔劑、苯酚等;去除COD;氧化分解螯合物，如EDTA和NTA等。

后臭氧接觸氧化的反應(yīng)速度慢，反應(yīng)時(shí)間一般不小于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。

后臭氧接觸氧化系統(tǒng)的被處理水一般為砂濾后水，水質(zhì)較清，不含雜質(zhì)，因此其擴(kuò)散裝置一般均采用微孔布?xì)饷保ūP(pán)）。微孔布?xì)饷保ūP(pán)）不消耗動(dòng)力，價(jià)格便宜，臭氧轉(zhuǎn)移效率高。

后臭氧接觸氧化系統(tǒng)一般每條流程線設(shè)2~3個(gè)投加點(diǎn)。

當(dāng)采用2點(diǎn)投加時(shí)，各點(diǎn)臭氧投加比例順?biāo)鞣较蛞来螢榭偼都恿康?80%~50%，20%~50%;2個(gè)投加點(diǎn)臭氧接觸時(shí)間分別為總時(shí)間的50%。

當(dāng)采用3點(diǎn)投加時(shí)，各點(diǎn)臭氧投加比例順?biāo)鞣较蛞来螢榭偼都恿康?80%~40%，10%~30%，10%~30%;3個(gè)投加點(diǎn)臭氧接觸時(shí)間，順?biāo)鞣较蛞来螢榭倳r(shí)間的30%，30%，40%。

臭氧系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在給水凈化工藝中，臭氧系統(tǒng)一般由前（預(yù)）臭氧接觸氧化、后臭氧接觸氧化（見(jiàn)臭氧工藝）、臭氧發(fā)生系統(tǒng)、臭氧氣源、尾氣破壞系統(tǒng)、PLC等幾部分組成。

臭氧發(fā)生系統(tǒng)

臭氧是氧分子通過(guò)高壓放電區(qū)時(shí)，被高電位電場(chǎng)電離而變成氧原子，一個(gè)氧原子與一個(gè)氧分子再結(jié)合，形成O3（臭氧）。

臭氧發(fā)生器的臭氧產(chǎn)量與質(zhì)量分?jǐn)?shù)，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(zhì)量分?jǐn)?shù)低，臭氧發(fā)生器的能耗也低，但臭氧發(fā)生所消耗的氧氣量則增加;臭氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，臭氧發(fā)生器的能耗也高，但臭氧發(fā)生所消耗的氧氣量則減少。因此究竟選用多大的臭氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐碾妰r(jià)和氧氣價(jià)格，進(jìn)行總能耗比較后才能確定。

臭氧發(fā)生器的備用率一般應(yīng)大于30%，備用的方式有設(shè)備臺(tái)數(shù)備用（硬備用）與設(shè)備發(fā)生能力備用（軟備用）兩種。

臭氧的氣源

臭氧發(fā)生器的氣源可以是:空氣、液態(tài)氧（LOX）、氣態(tài)氧。

空氣制臭氧，臭氧發(fā)生設(shè)備投資高，運(yùn)行電耗高，臭氧產(chǎn)量與質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，臭氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在3%~4%，生產(chǎn)1 kgO3耗電量在23~25 kW·h。

液態(tài)氧（LOX）制臭氧，臭氧發(fā)生設(shè)備投資低，運(yùn)行電耗也低。臭氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)18%甚至更高，生產(chǎn)1 kgO3耗電量在10~13 kW·h。但液態(tài)氧一般需外購(gòu)，臭氧發(fā)生總成本隨著液態(tài)氧價(jià)格的變化而變化。

氣態(tài)氧制臭氧，臭氧發(fā)生設(shè)備的投資比空氣制臭氧低，但比液態(tài)氧制臭氧要高。運(yùn)行電耗也是介于兩者之間。臭氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)也可達(dá)到18%甚至更高，生產(chǎn)1 kgO3耗電量在11~14 kW·h。

氣態(tài)氧一般是現(xiàn)場(chǎng)制取，制取的方法主要有:VPSA，VSA和PSA。它們都是利用分子篩吸附空氣中的氮?dú)?，讓空氣中的氧氣從分子篩通過(guò)，從而達(dá)到空分的目的。當(dāng)分子篩吸附飽和后，再通過(guò)變壓，使分子篩中的氮?dú)饷撀鋸亩玫皆偕?。之后，分子篩再重新工作。

現(xiàn)場(chǎng)制氧氣，氧氣體積分?jǐn)?shù)一般在90%~93%，生產(chǎn)1 kgO2能耗一般在0.3~0.4 kW·h 。

用液態(tài)氧制臭氧，試驗(yàn)表明氧氣體積分?jǐn)?shù)在97.7%，氮?dú)怏w積分?jǐn)?shù)在2.3%時(shí)，臭氧發(fā)生器的臭氧產(chǎn)率最高。

對(duì)于不同的地區(qū)，究竟采用何種氣源，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐碾妰r(jià)和氧氣價(jià)格經(jīng)成本分析后再確定。

臭氧尾氣破壞系統(tǒng)

臭氧是一種帶有強(qiáng)刺激氣味的淡藍(lán)色氣體。臭氧在空氣中的體積分?jǐn)?shù)為0.01×10 時(shí)能嗅出，環(huán)保允許排放體積分?jǐn)?shù)為0.05×10~0.1×10。臭氧在常溫下分解消失的半衰期為20 min。

由于受水質(zhì)與擴(kuò)散裝置的影響，進(jìn)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(shù)量的剩余臭氧。由于臭氧對(duì)人體健康有危害，對(duì)環(huán)境有污染，因此必須對(duì)接觸池排出的尾氣進(jìn)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(shí)，其半衰期小于0.04 s，它在1.5~2 s 內(nèi)便可100%分解。加熱法的優(yōu)點(diǎn)是:安全可靠，維護(hù)簡(jiǎn)單，并可回收熱能;缺點(diǎn)是:增加了部分設(shè)備投資和運(yùn)行能耗。

催化劑法:它是利用催化劑對(duì)臭氧尾氣進(jìn)行分解破壞，目前使用的催化劑是以MnO2為基質(zhì)的填料。催化劑法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備投資和運(yùn)行能耗比高溫加熱法低;缺點(diǎn)是處理效果受水質(zhì)（如硫化物、鹵素）、環(huán)境質(zhì)量、尾氣的含水率、催化劑的使用年限等因素影響，其安全穩(wěn)定性比高溫加熱法差，且催化劑需要定期更換。

臭氧系統(tǒng)的控制

臭氧的需求量一般根據(jù)式（1）進(jìn)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(jìn)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(zhì)量分?jǐn)?shù)。

臭氧系統(tǒng)的控制就是使R=S。

前（預(yù)）臭氧投加控制，一般采用設(shè)定臭氧投加率，根據(jù)水量變化比例投加。投加量的控制根據(jù)公式（1），采用PLC自動(dòng)控制臭氧發(fā)生器的產(chǎn)量。

后臭氧投加控制，一般采用設(shè)定臭氧投加率，根據(jù)水量變化與水中余臭氧的變化，雙因子復(fù)合環(huán)投加控制。處理水量是前饋條件，余臭氧是后饋條件。

投加量的控制也是根據(jù)式（1），采用PLC自動(dòng)控制臭氧發(fā)生器的產(chǎn)量。但式（1）中的D值，需要根據(jù)余臭氧反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)修改。

臭氧發(fā)生量的控制一般有三種方式:第一種為恒臭氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)，變臭氧流量。第二種為恒臭氧流量，變臭氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)。第三種為變臭氧流量，變臭氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

臭氧發(fā)生量大小的控制，均是由PLC系統(tǒng)根據(jù)式（1），式（2），通過(guò)調(diào)整相關(guān)的參數(shù)來(lái)完成的。

管材與密封件

氧氣管、干的臭氧管、冷卻水管一般采用AISI/ASTM304L不銹鋼或同等級(jí)的其它產(chǎn)品。

濕的臭氧管道和擴(kuò)散裝置一般采用AISI/ASTM316L不銹鋼或同等級(jí)的其它產(chǎn)品。

密封墊片。冷卻水采用乙丙橡膠（EPDM）或同等產(chǎn)品。氧氣采用氟橡膠（FPM）（如Vit on）或同等產(chǎn)品。臭氧采用聚四氟乙烯（PTFE）（如Teflon）或同等產(chǎn)品。

臭氧系統(tǒng)的安裝

臭氧系統(tǒng)安裝的主要內(nèi)容有焊接、清洗及強(qiáng)度與氣密性試驗(yàn)。

焊接

焊接方法應(yīng)采用鎢極氬弧焊，開(kāi)V型坡口。氬氣體積分?jǐn)?shù)不得低于99.96%。焊接過(guò)程中管道內(nèi)必須充滿惰性氣體。

焊縫應(yīng)進(jìn)行10%~30%的X射線探傷檢查。如果抽查中發(fā)現(xiàn)有一處焊縫存在缺陷，則相鄰的焊縫均要進(jìn)行檢查;如果檢查仍不合格，則所有焊縫均要進(jìn)行探傷檢查。任何焊縫返工不得超過(guò)2次。

檢查合格的焊縫要求進(jìn)行酸洗鈍化，以防銹蝕。

焊接現(xiàn)場(chǎng)要求無(wú)灰塵、無(wú)油蒸汽，通風(fēng)良好。不銹鋼與碳鋼的作業(yè)區(qū)必須分開(kāi)。

清洗

氧氣管道中的一個(gè)小顆粒，當(dāng)其在移動(dòng)時(shí)就會(huì)點(diǎn)燃管道內(nèi)的油脂殘留物，從而引起管道爆炸。因此臭氧系統(tǒng)管道中的所有雜質(zhì)必須清洗干凈。

清洗場(chǎng)地應(yīng)無(wú)塵、無(wú)油蒸汽，并且通風(fēng)良好。

清洗用的清潔劑一般采用99.8%的乙醇，不得使用氯化物清洗劑，因?yàn)闅埩舻穆然飼?huì)影響臭氧發(fā)生器的正常工作。

清洗時(shí)，先封住管道一端并倒入清潔劑，待油脂溶解后倒出清潔劑，用無(wú)油、干燥空氣或其它惰性氣體吹掃管道內(nèi)壁，去除溶劑和固體顆粒。再在紫外光（波長(zhǎng)320~380 nm）下進(jìn)行表觀檢查，不得出現(xiàn)碳?xì)浠衔锏臒晒?。已清洗合格的管道?yīng)兩端封堵，編號(hào)，有序地?cái)[放在清潔干燥的房間。