CN106145047B - 臭氧制备及尾气循环利用的系统及方法 - Google Patents

臭氧制备及尾气循环利用的系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种臭氧制备及尾气循环利用的系统，包括制备臭氧的臭氧发生器、给所述臭氧发生器提供氧气的供氧单元、利用臭氧进行除污的臭氧氧化单元、连接于臭氧氧化单元的尾气回收单元，所述供氧单元包括氧启动单元、用于储存所述尾气回收单元回收的氧气的储氧单元、给所述储氧单元补充氧气的补氧单元。所述臭氧制备及尾气循环利用的系统，通过臭氧发生器制备臭氧；通过臭氧氧化单元采用节能环保的臭氧对废气、污水、废渣等进行除污处理；再通过尾气回收单元将经过臭氧氧化单元除污后的尾气回收形成富氧气体并供给臭氧发生器，从而使得尾气得到循环利用，提高了氧气的利用率，降低了成本。

Description

臭氧制备及尾气循环利用的系统及方法
技术领域
本发明涉及一种臭氧制备及尾气循环利用的系统，尤其涉及一种集臭氧制备、除污处理及除污处理后的尾气循环利用于一体的臭氧制备及尾气循环利用的系统及方法。
背景技术
臭氧具有很强的氧化能力，且臭氧分解产物为氧气，不产生二次污染，因此，臭氧作为一种清洁氧化剂，其应用也日益受到关注，已很好地应用于废气处理、污水处理和废渣处理领域。以在水处理领域为例，臭氧可用于污水的消毒、除臭、脱色及有机物去除等。
通常情况下，工业应用的臭氧通常由大型臭氧发生器制备，高压电晕放电法是比较普遍采用的制备方法。该臭氧制备方法以氧气作为原料，存在的不足是制备的臭氧浓度不高；若以氧气为气源，产生的臭氧含量约为10wt%，而其余90wt%为氧气;若以空气为气源，则产生的臭氧浓度更低，而且在制备过程中能量消耗巨大。
在使用时，由臭氧发生器产生的臭氧、氧气等混合气体在进入臭氧氧化装置后，产生的尾气经臭氧破坏器后直接排放，这就造成大量资源的浪费。以氧气制臭氧为例，产生的臭氧浓度按10wt%计，则尾气中将近90wt%的氧气将被白白浪费，尤其对于臭氧消耗量较大的部分大型污水厂而言，臭氧尾气的直接排放间接导致了水处理成本的大幅度增加，进而限制了臭氧的应用。若能对这部分尾气加以回收并用作臭氧制备的原料气，则将大大降低臭氧的制备成本，从而提升臭氧氧化工艺的竞争力，扩大该技术的应用范围。
有鉴于此，有必要对现有的臭氧制备及尾气循环利用的系统及方法予以改进，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种集臭氧制备、除污处理及除污处理后的尾气循环利用于一体的臭氧制备及尾气循环利用的系统及方法。
为实现上述发明目的，本发明提供了一种臭氧制备及尾气循环利用的系统，包括制备臭氧的臭氧发生器、给所述臭氧发生器提供氧气的供氧单元、利用臭氧进行除污的臭氧氧化单元、连接于臭氧氧化单元的尾气回收单元，所述供氧单元包括氧启动单元、用于储存所述尾气回收单元回收的氧气的储氧单元、给所述储氧单元补充氧气的补氧单元。
作为本发明的进一步改进，所述氧启动单元包括储存液氧的液氧罐、汽化器，所述液氧经汽化器汽化后进入所述臭氧发生器。
作为本发明的进一步改进，所述补氧单元包括依次连接的第一过滤器、第一空压机、第一冷干机及空分装置，空气依次经过第一过滤器、第一空压机、第一冷干机及空分装置后形成富氧气体进入储氧单元。
作为本发明的进一步改进，所述尾气回收单元包括依次连接的尾气处理器、第二空压机、第二冷干机及第二过滤器，经过臭氧氧化单元除污后的尾气经尾气处理器、第二空压机、第二冷干机及第二过滤器后形成富氧气体进入所述储氧单元。
作为本发明的进一步改进，所述尾气处理器包括用于除湿、预热的预处理器以及用于分解经过臭氧氧化单元除污后的尾气中的残留臭氧的臭氧破坏器。
为实现上述发明目的，本发明还提供了一种用于臭氧制备及尾气循环利用的系统的臭氧制备及尾气循环利用的方法，所述臭氧制备及尾气循环利用的系统包括制备臭氧的臭氧发生器、给所述臭氧发生器提供氧气的供氧单元、利用臭氧进行除污的臭氧氧化单元、连接于臭氧氧化单元的尾气回收单元，所述供氧单元包括氧启动单元、用于储存所述尾气回收单元回收的氧气的储氧单元、给所述储氧单元补充氧气的补氧单元，臭氧制备及尾气循环利用的方法包括如下步骤：开启氧启动单元给所述臭氧发生器提供氧气，启动所述臭氧发生器制备臭氧；所述臭氧发生器制备的臭氧进入所述臭氧氧化单元进行除污处理；经过臭氧氧化单元除污后的尾气经尾气回收单元处理后回收氧气并将回收的氧气传输给储氧单元；开启补氧单元给所述储氧单元补充氧气；所述储氧单元给所述臭氧发生器提供氧气，所述臭氧发生器制备臭氧。
作为本发明的进一步改进，所述氧启动单元包括储存液氧的液氧罐、汽化器，所述液氧经汽化器汽化后进入所述臭氧发生器。
作为本发明的进一步改进，所述补氧单元包括依次连接的第一过滤器、第一空压机、第一冷干机及空分装置，空气依次经过第一过滤器、第一空压机、第一冷干机及空分装置后形成富氧气体进入储氧单元。
作为本发明的进一步改进，所述尾气回收单元包括依次连接的尾气处理器、第二空压机、第二冷干机及第二过滤器，经过臭氧氧化单元除污后的尾气经尾气处理器、第二空压机、第二冷干机及第二过滤器后进入所述储氧单元。
作为本发明的进一步改进，所述尾气处理器包括用于除湿、预热的预处理器以及用于分解尾气中的残留臭氧的臭氧破坏器，经过臭氧氧化单元除污后的尾气先经过预处理器除湿、预热后再进入臭氧破坏器分解尾气中的残留臭氧。
本发明的有益效果是：本发明的臭氧制备及尾气循环利用的系统，通过臭氧发生器制备臭氧；通过臭氧氧化单元采用节能环保的臭氧对废气、污水、废渣等进行除污处理；再通过尾气回收单元将经过臭氧氧化单元除污后的尾气回收形成富氧气体并供给臭氧发生器，从而使得尾气得到循环利用，提高了氧气的利用率，降低了成本。
附图说明
图1是本发明的臭氧制备及尾气循环利用的系统的结构框架图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
如图1所述，本发明提供一种臭氧制备及尾气循环利用的系统，包括：制备臭氧的臭氧发生器8，给所述臭氧发生器8提供氧气原料的供氧单元（未标号），利用臭氧对废气、污水、废渣等进行除污的臭氧氧化单元9，连接于臭氧氧化单元9的尾气回收单元B。
所述供氧单元包括氧启动单元A、用于储存所述尾气回收单元B回收的氧气的储氧单元5、给所述储氧单元5补充氧气的补氧单元C。
其中，所述氧启动单元A包括储存液氧的液氧罐6、汽化器7，在首次制备臭氧前，所述液氧经汽化器7汽化后作为氧气原料进入所述臭氧发生器8制备臭氧。
所述臭氧发生器8以富氧气体、氧气等为原料，制备的臭氧中掺杂有部分未参加反应的氧气。掺杂有氧气的臭氧进入臭氧氧化单元9，臭氧与废气、污水、废渣中的污染物进行反应完成除污过程，形成的尾气中包括氧气和残留的部分臭氧，可以回收氧气并将回收的氧气供给臭氧发生器8用作制备臭氧的原料。
所述尾气回收单元B包括依次连接的尾气处理器10、第二空压机11、第二冷干机12及第二过滤器13；经过臭氧氧化单元9除污后的尾气经尾气处理器10除去杂质、经第二空压机11压缩、经第二冷干机12冷干处理、再经第二过滤器13过滤后形成富氧气体进入所述储氧单元5，作为正常工作时制备臭氧的原料。
进一步地，所述尾气处理器10包括用于除湿、预热的预处理器（未图示）以及用于分解经过臭氧氧化单元9除污后的尾气中的残留臭氧的臭氧破坏器（未图示）。所述预处理器和臭氧破坏器可以集成于同一个设备上，也可以由两个独立的设备组合而成。尾气经过预处理器后再进入臭氧破坏器，能提高臭氧转化为氧气的效率。
然而，因为在排污过程中消耗了部分臭氧，因此从尾气中回收的富氧气体比原来氧启动单元A提供的氧气有所减少，本实施例采用空气作为气源，通过补氧单元C补偿减少的氧气。所述补氧单元C包括依次连接的第一过滤器1、第一空压机2、第一冷干机3及空分装置4，空气依次经过第一过滤器1过滤杂质、经第一空压机2压缩、经第一冷干机3冷干处理后再经空分装置4通过变压吸附将空气中的氮气、二氧化碳等气体分离后形成富氧气体进入储氧单元5。
在臭氧发生器8正常工作时，储氧单元5中的富氧气体作为氧气原料进入臭氧发生器8以制备氧气，从而使得尾气得到循环利用，提高了氧气的利用率，降低了成本。
本发明还提供一种用于臭氧制备及尾气循环利用的系统的臭氧制备及尾气循环利用的方法，包括如下步骤：
开启氧启动单元A，给所述臭氧发生器8提供氧气，启动所述臭氧发生器8制备臭氧。具体地，所述液氧经汽化器7汽化后作为氧气原料进入所述臭氧发生器8。
所述臭氧发生器8制备的臭氧进入所述臭氧氧化单元9对废气、污水、废渣等进行除污处理形成尾气。
经过臭氧氧化单元9除污后的尾气经尾气回收单元B处理后回收氧气并将回收的氧气传输给储氧单元5；经过臭氧氧化单元9除污后的尾气经尾气处理器10、第二空压机11、第二冷干机12及第二过滤器13，以达到增压目的，并去除尾气中残留的水等杂质，从而获得高浓度的氧气进入所述储氧单元5。经过臭氧氧化单元9除污后的尾气先经过预处理器除湿、预热后再进入臭氧破坏器分解尾气中的残留臭氧，从而完成尾气在尾气处理器10中的处理。
开启补氧单元C给所述储氧单元5补充氧气；该过程以空气为原料，空气依次经过第一过滤器1、第一空压机2、第一冷干机3及空分装置4后形成氧含量约为94%的富氧气体进入储氧单元5，补充在臭氧氧化单元9中消耗的氧。
所述储氧单元5给所述臭氧发生器8提供氧气，所述臭氧发生器8制备臭氧，臭氧再进入臭氧氧化单元9参与除污处理。
采用本发明的臭氧制备及尾气循环利用的系统及方法将臭氧氧化后的尾气进行回收并重复利用，提高了氧气的利用率，降低了成本。
以处理规模为20万m3/d的污水厂为例，采用臭氧氧化工艺用于废水的有机物降解、脱色及消毒，处理出水达到《城镇污水处理场污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A排放标准，每吨水需投加臭氧10g，则
处理规模：20万m3/d；
臭氧投加量：10mg/L；
臭氧消耗量：20万m3/d×10mg/L =2000kg/d；
臭氧浓度：10wt/%，一般为8wt/%~10wt/%之间；
需氧量：2000kg/d ÷10wt/%=20000kg/d。
传统工艺中，无尾气回收循环利用时，
富氧中氧气含量按94%计，空气制氧工艺中氧气回收率按50%计，则需空气原料体积：20000kg/d÷1.429kg/m3÷94%÷50%÷21×100=141800m3/d=98.5m3/min；
对应空压机排气量：98.5m3/min。
采用本发明的臭氧制备及尾气循环利用的系统及方法，将尾气回收循环利用后：
可回收循环氧气量：20000kg/d×(1-10wt/%) = 18000kg/d；
可回收循环氧气体积：18000kg/d÷1.429kg/m3=12596m3/d=8.75m3/min；
需补充氧气量：20000kg/d×10wt/%=2000kg/d；
富氧中氧气含量按94%计，空气制氧工艺中氧气回收率按50%计，则需补充原料空气体积：2000kg/d÷1.429kg/m3÷94%÷50%÷21×100=14180m3/d=9.85m3/min；
对应空压机总排气量：8.75m3/min + 9.85m3/min =18.60m3/min。
采用本发明的臭氧制备及尾气循环利用的系统及方法较传统工艺，空压机功率能耗降低：（98.5m3/min-18.60m3/min）÷98.5m3/min×100%=81.1%，大大降低了能耗；并且在保证除污效果相同的前提下，实现了对尾气的有效循环利用，提高了氧气的利用率，节约了臭氧制备时的运行成本，便于臭氧除污的大规模工业应用。
综上所述，本发明的臭氧制备及尾气循环利用的系统及方法，通过臭氧发生器8制备臭氧；通过臭氧氧化单元9采用节能环保的臭氧对废气、污水、废渣等进行除污处理；再通过尾气回收单元B将经过臭氧氧化单元9除污后的尾气回收形成富氧气体并供给臭氧发生器8，从而使得尾气得到循环利用，提高了氧气的利用率，降低了成本。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种臭氧制备及尾气循环利用的系统，其特征在于：包括制备臭氧的臭氧发生器、给所述臭氧发生器提供氧气的供氧单元、利用臭氧进行除污的臭氧氧化单元、连接于臭氧氧化单元的尾气回收单元，所述供氧单元包括氧启动单元、用于储存所述尾气回收单元回收的氧气的储氧单元、给所述储氧单元补充氧气的补氧单元；所述氧启动单元包括储存液氧的液氧罐、汽化器，所述液氧经汽化器汽化后进入所述臭氧发生器；所述补氧单元包括依次连接的第一过滤器、第一空压机、第一冷干机及空分装置，空气依次经过第一过滤器、第一空压机、第一冷干机及空分装置后形成富氧气体进入储氧单元。
2.根据权利要求1所述的臭氧制备及尾气循环利用的系统，其特征在于：所述尾气回收单元包括依次连接的尾气处理器、第二空压机、第二冷干机及第二过滤器，经过臭氧氧化单元除污后的尾气经尾气处理器、第二空压机、第二冷干机及第二过滤器后形成富氧气体进入所述储氧单元。
3.根据权利要求2所述的臭氧制备及尾气循环利用的系统，其特征在于：所述尾气处理器包括用于除湿、预热的预处理器以及用于分解经过臭氧氧化单元除污后的尾气中的残留臭氧的臭氧破坏器。
4.一种臭氧制备及尾气循环利用的方法，用于臭氧制备及尾气循环利用的系统，所述臭氧制备及尾气循环利用的系统包括制备臭氧的臭氧发生器、给所述臭氧发生器提供氧气的供氧单元、利用臭氧进行除污的臭氧氧化单元、连接于臭氧氧化单元的尾气回收单元，所述供氧单元包括氧启动单元、用于储存所述尾气回收单元回收的氧气的储氧单元、给所述储氧单元补充氧气的补氧单元，所述氧启动单元包括储存液氧的液氧罐、汽化器，所述液氧经汽化器汽化后进入所述臭氧发生器，所述补氧单元包括依次连接的第一过滤器、第一空压机、第一冷干机及空分装置，空气依次经过第一过滤器、第一空压机、第一冷干机及空分装置后形成富氧气体进入储氧单元，臭氧制备及尾气循环利用的方法包括如下步骤：
开启氧启动单元给所述臭氧发生器提供氧气，启动所述臭氧发生器制备臭氧；
所述臭氧发生器制备的臭氧进入所述臭氧氧化单元进行除污处理；
经过臭氧氧化单元除污后的尾气经尾气回收单元处理后回收氧气并将回收的氧气传输给储氧单元；
开启补氧单元给所述储氧单元补充氧气；
所述储氧单元给所述臭氧发生器提供氧气，所述臭氧发生器制备臭氧。
5.根据权利要求4所述的臭氧制备及尾气循环利用的方法，其特征在于：所述尾气回收单元包括依次连接的尾气处理器、第二空压机、第二冷干机及第二过滤器，经过臭氧氧化单元除污后的尾气经尾气处理器、第二空压机、第二冷干机及第二过滤器后进入所述储氧单元。
6.根据权利要求4所述的臭氧制备及尾气循环利用的方法，其特征在于：所述尾气处理器包括用于除湿、预热的预处理器以及用于分解尾气中的残留臭氧的臭氧破坏器，经过臭氧氧化单元除污后的尾气先经过预处理器除湿、预热后再进入臭氧破坏器分解尾气中的残留臭氧。
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