CN102725050A

CN102725050A - 用于臭氧处理设备的排氧再循环装置和具有该装置的臭氧利用系统

Info

Publication number: CN102725050A
Application number: CN2010800623572A
Authority: CN
Inventors: 文盛阿
Original assignee: Ark Co Ltd
Current assignee: Ark Co Ltd
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2010-11-30
Publication date: 2012-10-10
Also published as: JP2013512104A; KR20110060854A; US20120318146A1; KR101283427B1

Abstract

本发明涉及一种用于臭氧处理设备的排氧再循环装置（400），该装置用来对所述臭氧处理设备中的反应结束之后要被排到空气中的排出的含氧气体进行提纯，并且所述装置用来使经提纯的排气再循环以产生臭氧。所述排氧再循环装置包括：杂质去除单元，其用于从包含在排气中的成分去除杂质，该杂质被认为是臭氧发生器中的杂质；和压缩机（420），其用于将排气或已由所述杂质去除单元去除杂质的提纯气体压缩到这样的压力，在该压力下所述排气或所述提纯气体能被供应到所述臭氧发生器。本发明能净化排出的氧，当在所述臭氧处理设备中进行反应之后，该排出的氧被排到空气中，从而使经提纯的含氧气体再循环以产生臭氧。

Description

用于臭氧处理设备的排氧再循环装置和具有该装置的臭氧利用系统

技术领域

本发明涉及一种排氧再循环装置，并且，更具体地，涉及一种用于臭氧处理设备的排氧再循环装置，该装置用来对臭氧处理设备中的反应结束之后要被排到空气中的排氧进行提纯并且将经提纯的氧再循环以产生臭氧，该臭氧处理设备用来消毒，去除味道、气味和颜色，还原有机化合物并且执行诸如铁、锰等的金属的氧化。此外，本发明涉及一种包括所述用于臭氧处理设备的排氧再循环装置的臭氧利用系统。

背景技术

臭氧处理设备用于许多领域，诸如水处理、消化池、漂白、杀菌、消毒、半导体设备系统等，用于去除气味和颜色，提高凝结效率，减少有机氯化合物的产生并且提高清洁度等的目的。

同时，诸如污水软泥、排泄污泥等的有机污泥每年增加。然而，用于焚化或填埋污泥的污泥处理设备由于局部对本地发展持反对态度的现象（local NIMBYphenomena）等而未被安装。此外，因为将污泥抛入海洋在国际上被禁止，因此不存在适当地处理污泥的方法。

目前，作为用于减少污泥的方法，厌氧污泥处理被广泛使用。也就是说，在大规模的污水处理厂中，利用厌氧消化池来减少污泥。

图1是示出用于利用一般的厌氧消化池减少污泥的装置的示意图。如图1所示，当将废水引入初沉池110时，包含在废水中的污泥在重力下沉淀并且浓缩以形成初沉污泥。同时，把被引入初沉池110的废水的一部分经由生物反应器115引入二沉池120并且浓缩以形成二沉污泥。

将初沉污泥经由浓缩池130通过运动管线135引入厌氧消化池170，并且将二沉污泥经由离心浓缩机140通过运动管线145引入厌氧消化池170，接着使该二沉污泥与初沉污泥混合。

厌氧消化池170设有循环管线160，该循环管线160的一端连接到厌氧消化池170的下侧，该循环管线的另一端连接到厌氧消化池170的上侧，并且厌氧消化池170中的混合污泥通过循环管线160循环。蒸汽管线155连接到厌氧消化池170的上侧，使得从锅炉150产生的高温蒸汽通过蒸汽管线155被供应到厌氧消化池170。

然而，用于减少污泥的装置的问题在于，它不能充分减少污泥，因为包括初沉污泥和二沉污泥的混合污泥在厌氧消化池170中仅通过厌氧消化过程被消化。

因此，按照惯例，为了提高污泥的减量效率，已经使用了各种各样的方法，所述方法通过溶解包含在厌氧池中的有机物质来容易地分解厌氧池中的污泥，诸如通过超声处理、臭氧处理、热处理等。

图2是示出具有溶解单元的一般的消化系统（利用臭氧）的过程图，并且图3是示出用于消化系统的臭氧处理设备的示意图。

如图2所示，消化系统设置有溶解单元220，该溶解单元用于利用臭氧（O₃）等溶解从厌氧消化池210排出的污泥，在厌氧消化池中进行消化污泥的过程，接着将溶解的污泥循环到厌氧消化池210中，从而提高污泥的减量效率。这里，臭氧（O₃）通过利用臭氧发生器氧化具有大约99.9%的纯度的预定量的氧气（O₂）（可从氧气制造公司买到）来制造，接着将臭氧供给到溶解单元220。此外，如图3所示，臭氧（O₃）由设置在消化系统的一侧处的臭氧发生器320制造，接着将臭氧供应到溶解单元220。

在一般的臭氧发生器中，当供应具有90~95%或以上的高纯度的氧时，臭氧以若干个步骤制造。在该情况下，制造出的臭氧的量相对于所供应的氧的量是大约10%。因此，从臭氧发生器排出的臭氧包括具有80~85%或以上的纯度的氧，使得臭氧和氧被一起供应到溶解单元220。其间，供应到溶解单元220的臭氧溶解从厌氧消化池210排出的污泥，接着将臭氧经由臭氧排放单元排到空气中。在该情况下，排放到空气中的排气包括具有80~85%或以上纯度的氧气（O₂）以及CO₂、CH₄、H₂S等。也就是说，按照惯例，具有80~85%或以上纯度的氧气（O₂）被直接排到空气中。

其间，即使在水处理、漂白、杀菌、消毒、半导体设备系统等的领域中，在通过臭氧杀菌之后，具有80~85%或以上纯度的氧气（O₂）被提纯，接着被和杂质（掺杂气体）一起排到空气中。

然而，具有大约99.9%的纯度的氧气（O₂）（可从氧气制造公司买到）的价格大约是170韩元~200韩元（大约0.17美元~0.20美元）/Kg，并且如图3所示，即使当利用臭氧处理设备的氧气发生器310制造90~95%的氧气时，包括机械维护费用的生产成本也增加。其间，在利用图3的氧气发生器310制造氧气的情况下，空气被压缩到8巴，所压缩的空气被以若干步骤处理以获得具有90~95%的纯度的氧气，接着，所获得的氧气被供应到臭氧发生器320，同时被压缩到2.5~3巴。

如上所述，按照惯例，以高成本购买或制造的氧气已被大部分排到空气中，也就是说，资源未被充分再循环。

发明内容

技术问题

因此，已设计出本发明来解决上述问题，并且本发明的目的在于提供一种用于臭氧处理设备的排氧再循环装置，其中，所述臭氧处理设备中的反应结束之后要被排到空气中的排出的含氧气体被提纯，接着经提纯的排气被再循环以产生臭氧。

本发明的另一个目的在于提供一种臭氧利用系统，其中，利用由用于臭氧处理设备的排氧再循环装置提供的氧气产生臭氧，所述臭氧处理设备用于水处理、消化池、漂白、杀菌、消毒、半导体设备系统等的领域，并且所产生的氧气自循环。

技术方案

为了实现上述目的，本发明的一方面提供了一种用于臭氧处理设备的排氧再循环装置，该装置用来对所述臭氧处理设备中的反应结束之后要被排到空气中的排出的含氧气体进行提纯，并且所述装置用来使经提纯的含氧气体再循环以产生臭氧，所述装置包括：杂质去除单元，该杂质去除单元用于从包含在排气中的成分去除杂质，所述杂质倾向于被认为是臭氧发生器中的杂质；和压缩机，该压缩机用于将所述排气和/或提纯气体压缩到这样的压力，在该压力下所述排气和/或所述提纯气体能被供应到所述臭氧发生器，所述提纯气体通过利用所述杂质去除单元从所述排气去除所述杂质而获得。

在所述排氧再循环装置中，所述杂质去除单元可以去除倾向于被认为是所述臭氧发生器中的杂质的水、CO₂、CH₄和N₂。也就是说，所述杂质去除单元可以包括：水去除单元，该水去除单元用于通过利用活性氧化铝和沸石吸附水来从所述排气去除水；CO₂、CH₄去除单元，该CO₂、CH₄去除单元用于通过利用活性炭吸附CO₂、CH₄来从所述排气去除CO₂、CH₄；以及N₂去除单元，该N₂去除单元用于通过利用沸石吸附N₂来从所述排气去除N₂。

此外，所述杂质去除单元可包括至少一个柱形吸附塔；并且所述柱形吸附塔可以顺序地从其底部到其顶部装填用在所述水去除单元中的活性氧化铝和沸石、用在所述CO₂、CH₄去除单元中的活性炭以及用在所述N₂去除单元中的沸石。

此外，所述杂质去除单元还可包括H₂S去除单元，该H₂S去除单元用于通过注水来从所述排气去除H₂S。

本发明的另一方面提供了一种臭氧利用系统，该系统设置有臭氧处理设备以实现预定目的，所述系统包括所述排氧再循环装置，用来从在所述臭氧处理设备中反应之后要被排到空气中的排气中所包含的成分中去除杂质，所述杂质倾向于被认为是臭氧发生器中的杂质，接着将经提纯的排气以期望的压力供应到所述臭氧发生器。

所述臭氧利用系统可以是水处理系统、消化系统、漂白系统、消毒系统、杀菌系统或半导体设备系统。

同时，所述臭氧处理设备可包括臭氧接触器，该臭氧接触器用于使原水接触从所述臭氧发生器供应的臭氧，或者可以包括溶解单元，该溶解单元用于利用从所述臭氧发生器供应的臭氧来溶解从厌氧消化池排出的污泥，接着使所溶解的污泥循环到所述厌氧消化池中。

有益效果

根据本发明的用于臭氧处理设备的排氧再循环装置的有利之处在于，在所述臭氧处理设备中的反应结束之后要被排到空气中的排出的含氧气体被提纯，接着经提纯的排气被再循环以产生臭氧。

根据本发明的臭氧利用系统的有利之处在于，利用由用于臭氧处理设备的排氧再循环装置提供的氧产生臭氧，所述臭氧处理设备用于水处理、消化池、漂白、消毒、杀菌、半导体设备系统等领域，并且所产生的氧自循环。也就是说，当所述臭氧利用系统被应用于消化系统时，它用来提高污泥的减量效率，当它应用于水处理系统时，它用来改善水的味道，并且当它应用于半导体设备系统时，它用于提高半导体的清洁度。

附图说明

图1是示出用于利用一般的厌氧消化池减少污泥的装置的示意图；

图2是示出具有溶解单元（利用臭氧）的一般消化系统的过程图；

图3是示出用于消化系统的臭氧处理设备的示意图；

图4是示出了根据本发明的实施方式的用于臭氧处理设备的排氧再循环装置的框图；

图5是示出了根据本发明的实施方式的用于臭氧处理设备的排氧再循环装置的详图；

图6是示出在图5所示的用于臭氧处理设备的排氧再循环装置中去除杂质的过程的框图；

图7是示出根据本发明的实施方式的包括用于臭氧处理设备的排氧再循环装置的消化系统的框图；

图8是示出根据本发明的实施方式的包括用于臭氧处理设备的排氧再循环装置的消化系统的过程图；以及

图9是示出根据本发明的另一实施方式的包括用于臭氧处理设备的排氧再循环装置的水处理系统的框图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细地描述本发明的优选实施方式。

图4是示出根据本发明的实施方式的用于臭氧处理设备的排氧再循环装置的框图。臭氧处理设备用于许多领域，诸如水处理、消化池、漂白、消毒、杀菌、半导体设备系统等，用于去除气味和颜色、提高凝结效率、减少有机氯化合物的产生、提高清洁度等的目的。如图4所示，根据本实施方式的用于臭氧处理设备的排氧再循环装置400用来对在臭氧处理设备中的反应结束之后要被排到空气中的排出的含氧气体进行提纯，并且所述装置用来使经提纯的含氧气体再循环以产生臭氧，所述装置400包括：压缩机420，该压缩机用于将排气压缩到这样的压力，在该压力下排气能被供应到臭氧发生器；和杂质去除单元，该杂质去除单元用于从排气去除水和杂质（包括掺杂气体）。

这里，包含在排气中的成分取决于使用臭氧处理设备的应用领域（例如，水处理系统、消化系统等）而改变。例如，当臭氧处理设备被应用于消化系统时，排气包括O₃、O₂、N₂、CO₂、CH₄、H₂S等。

杂质去除单元用来去除水、N₂、CO₂、CH₄、H₂S等，但不包括不倾向于被认为是臭氧发生器中的杂质的O₃和O₂。在杂质去除单元中，通过注水来去除H₂S，通过利用活性氧化铝、沸石等吸附水来去除水，通过利用沸石等吸附N₂而去除N₂，并且通过利用活性炭等吸附CO₂、CH₄来去除CO₂、CH₄。

因此，杂质去除单元包括：H₂S去除单元410，该H₂S去除单元用于通过注水来从排气去除H₂S；水去除单元430，该水去除单元430用于通过利用活性氧化铝和沸石吸附水来从排气去除水；CO₂、CH₄去除单元440，该CO₂、CH₄去除单元用于通过利用活性炭吸附CO₂、CH₄来从排气去除CO₂、CH₄；以及N₂去除单元450，该N₂去除单元用于通过利用沸石吸附N₂来从排气去除N₂。

根据本实施方式的用于臭氧处理设备的排氧再循环装置400的组成构件分别实现上述功能，该排氧再循环装置400构造成使得H₂S去除单元410，水去除单元430，CO₂、CH₄去除单元440以及N₂去除单元450顺序地从上游设置到下游。其间，水去除单元430，CO₂、CH₄去除单元440以及N₂去除单元450可设置在一个柱中以实现它们各自的功能。这里，压缩机420之所以被设置在CO₂、CH₄去除单元440以及N₂去除单元450的上游的理由是因为当CO₂、CH₄以及N₂被压缩时它们能被更有效地去除。

其间，当臭氧处理设备被应用于水处理系统时，排气可包括倾向于被认为是臭氧发生器中的杂质的N₂、CO₂、CH₄和氯化物成分等以及不倾向于被认为是杂质的O₃和O₂。因此，杂质去除单元可以被构造成使得N₂、CO₂、CH₄和氯化物成分等能被去除。也就是说，根据本实施方式的杂质去除单元可以构造成使得根据臭氧处理设备的应用领域能去除包含在排气中的所有杂质。

水去除单元430用来根据臭氧处理设备的应用领域去除被注入以去除H₂S的水或者自包含在排气中的水，并且压缩机420用来将排气压缩到这样的压力，在该压力下排气能被供应到臭氧发生器。一般的臭氧发生器利用被压缩到2.5~3巴的压力的氧气产生臭氧。本实施方式的压缩机420可以将排气压缩到3.5~4巴的压力，这考虑了臭氧发生器的上游的去除单元430、440和450中的压力损失，使得经提纯的排气被供应到臭氧发生器，同时被压缩到2.5~3巴的压力。然而，压缩机420也可以根据臭氧发生器的技术条件将排气压缩到小于2.5巴或大于3巴的压力。

图5是示出根据本发明的实施方式的用于臭氧处理设备的排氧再循环装置的详图，并且图6是示出在图5所示的用于臭氧处理设备的排氧再循环装置中的去除杂质的过程的框图。如图5所示，根据本发明的实施方式的用于臭氧处理设备的排氧再循环装置500包括：排气供应罐510，该排气供应罐用于将在臭氧处理设备中反应之后排出的排气（包括O₃、O₂、N₂、CO₂、CH₄和水）压缩到这样的压力，在该压力下排气能被供应到臭氧发生器，接着储存被压缩的排气；多个杂质去除单元520，该多个杂质去除单元用于从由排气供应罐510供应的压缩的排气去除水和杂质（包括掺杂气体）；提纯排气储罐530，该提纯排气储罐用于存储留在排气中的O₃和O₂，通过多个杂质去除单元520从该排气去除了水和杂质；以及用于控制成分的控制单元（未示出）。

根据该实施方式的杂质去除单元520中的每个均包括柱形吸附塔521以及多个控制阀。吸附塔521填充有用于吸附和去除N₂、CO₂、CH₄等的吸附剂。例如，用于吸附和去除水的氧化铝和沸石4A，用于吸附和去除CO₂、CH₄的活性炭，以及用于吸附和去除N₂的沸石13X可以从吸附塔521的底部到顶部顺序地装填该吸附塔。这里，装在吸附塔521中的吸附剂中的每个的量可以根据在臭氧处理设备中发生反应之后排放的排气的成分来确定。此外，装在吸附塔521中的吸附剂的种类也可以根据在臭氧处理设备中发生反应之后排放的排气的成分来确定。也就是说，装在吸附塔521中的吸附剂的种类和数量可以根据设置有臭氧处理设备的臭氧利用系统而变化。

当利用排氧再循环装置500吸附和去除杂质时，如图6所示，排氧再循环装置500可以构造成使得在每个吸附塔521中进行12个过程。也就是说，在每个吸附塔521中去除杂质的方法主要包括三个步骤。具体地，在第一步骤中，执行四个吸附过程，在第二步骤中，执行均压过程、减压过程以及两个低压洗涤过程，并且在第三步骤中，执行均压过程以及三个压缩过程。另外，吸附塔中的每个均可以构造成使得通过同时执行不同的步骤来吸附和去除杂质。

发明方式

图7是示出根据本发明的实施方式的包括用于臭氧处理设备的排氧再循环装置的消化系统的框图。如图4和图7所示，根据本实施方式的消化系统包括：厌氧消化池620，在该厌氧消化池中进行消化从沉淀池610排出的浓缩污泥的过程；溶解单元640，该溶解单元用于利用从臭氧发生器630供应的臭氧溶解从厌氧消化池620排出的污泥，接着将溶解的污泥循环到厌氧消化池620中；以及排氧再循环装置400，该排氧再循环装置用于从由溶解单元640排出的排气（排气包括O₃、O₂、N₂、CO₂、CH₄、H₂S和水，但不包括不倾向于被认为是臭氧发生器630中的杂质的O₃、O₂）去除CO₂、CH₄、H₂S和N₂，接着以期望的压力将经提纯的排气供应到臭氧发生器630。

图8是示出根据本实施方式的包括用于臭氧处理设备的排氧再循环装置的消化系统的过程图。根据该实施方式的消化系统构造成使得从溶解单元640排出且接着经由臭氧排出单元650排到空气中的排气被回收到臭氧排放单元650的后端，并且通过在排氧再循环装置400中从回收的排气去除杂质（诸如水、CO₂、CH₄、H₂S和N₂）来对该回收的排气进行提纯，接着将包括臭氧（O₃）和高纯度氧气（O₂）的提纯排气供应到臭氧发生器630以制造臭氧，从而使排气再循环。因此，该消化系统具有有效再循环资源的优点。

图9是示出根据本发明的另一实施方式的包括用于臭氧处理设备的排氧再循环装置的水处理系统。如图4和图9所示，根据该实施方式的水处理系统包括：水提纯装置710，该水提纯装置用于最初提纯原水；臭氧接触器730，该臭氧接触器用于使最初提纯的水接触从臭氧发生器720供应的臭氧以去除绿藻类等并且改善水的味道；以及排氧再循环装置400，该排氧再循环装置用于从臭氧接触器730排出的排气（排气包括O₃、O₂、N₂、CO₂、CH₄、H₂S和水，但不包括不倾向于被认为是臭氧发生器720中的杂质的O₃和O₂）去除CO₂、CH₄、H₂S和N₂，接着以期望的压力将经提纯的排气供应到臭氧发生器720。

如上所述，已阐述了本发明的优选实施方式来示出本发明，但本发明的范围不限于此。

虽然已经为了说明性目的公开了本发明的优选实施方式，但是本领域技术人员将理解的是，各种修改、添加和替代是可能的，而不会脱离如所附的权利要求所公开的本发明的范围和精神。

工业应用性

当根据本发明的用于臭氧处理设备的排氧再循环装置用于水处理、消化池、漂白、杀菌、消毒、半导体设备系统等领域时，利用由排氧再循环装置提供的氧气产生臭氧并且产生的氧气能自循环。

Claims

1.一种用于臭氧处理设备的排氧再循环装置，该装置用来对所述臭氧处理设备中的反应结束之后要被排到空气中的排出的含氧气体进行提纯，并且所述装置用来使经提纯的含氧气体再循环以产生臭氧，所述装置包括：

杂质去除单元，该杂质去除单元用于从包含在排气中的成分去除杂质，该杂质倾向于被认为是臭氧发生器中的杂质；和

压缩机，该压缩机用于将所述排气和/或提纯气体压缩到这样的压力，在该压力下所述排气和/或所述提纯气体能被供应到所述臭氧发生器，所述提纯气体通过利用所述杂质去除单元从所述排气去除所述杂质而获得。

2.根据权利要求1所述的排氧再循环装置，其中，所述杂质去除单元去除倾向于被认为是所述臭氧发生器中的杂质的水、CO₂、CH₄和N₂。

3.根据权利要求2所述的排氧再循环装置，其中，所述杂质去除单元包括：水去除单元，该水去除单元用于通过利用活性氧化铝和沸石吸附水来从所述排气去除水；CO₂和CH₄去除单元，该CO₂和CH₄去除单元用于通过利用活性炭吸附CO₂和CH₄来从所述排气去除CO₂和CH₄；以及N₂去除单元，该N₂去除单元用于通过利用沸石吸附N₂来从所述排气去除N₂。

4.根据权利要求3所述的排氧再循环装置，其中，所述杂质去除单元包括至少一个柱形吸附塔；并且所述柱形吸附塔顺序地从其底部到其顶部装填有用在所述水去除单元中的活性氧化铝和沸石、用在所述CO₂和CH₄去除单元中的活性炭以及用在所述N₂去除单元中的沸石。

5.根据权利要求3所述的排氧再循环装置，其中，所述杂质去除单元还包括H₂S去除单元，该H₂S去除单元用于通过注水来从所述排气去除H₂S。

6.一种臭氧利用系统，该臭氧利用系统设置有臭氧处理设备以实现预定目的，所述臭氧利用系统包括权利要求1至5中的任一项所述的排氧再循环装置，其中，所述排氧再循环装置从在所述臭氧处理设备中的反应结束之后要被排到空气中的排气中所包含的成分中去除杂质，所述杂质倾向于被认为是臭氧发生器中的杂质，接着所述排氧再循环装置将经提纯的排气以期望的压力供应到所述臭氧发生器。

7.根据权利要求6所述的臭氧利用系统，其中，所述臭氧利用系统是水处理系统、消化系统、漂白系统、消毒系统、杀菌系统或半导体设备系统。

8.根据权利要求6所述的臭氧利用系统，其中，所述臭氧利用系统包括臭氧接触器，该臭氧接触器用于使原水接触从所述臭氧发生器供应的臭氧。

9.根据权利要求6所述的臭氧利用系统，其中，所述臭氧处理设备包括溶解单元，该溶解单元用于利用从所述臭氧发生器供应的臭氧溶解从厌氧消化池排出的污泥，并接着使所溶解的污泥循环到所述厌氧消化池中。