CN1140694A

CN1140694A - 净化处理用的臭氧处理设备

Info

Publication number: CN1140694A
Application number: CN96108625A
Authority: CN
Inventors: 小松直人; 中沢正光; 盐野繁男; 阴山晃治; 柴田文夫
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-07-07
Filing date: 1996-07-04
Publication date: 1997-01-22
Also published as: KR970006197A; JPH0919695A

Abstract

本发明使用一种氧增浓装置1将空气转变成高浓度氧气，然后将此气体送入臭氧发生器，在其中产生一种臭氧浓度在30g/Nm³以上或者在30(g/Nm³)至80(g/Nm³)范围内的臭氧，再将此臭氧在臭氧接触池中进行散气，从而可以使臭氧接触池4缩小化并降低了臭氧处理装置的电能消耗。

Description

净化处理用的臭氧处理设备

本发明涉及对上下水道等进行净化处理用的臭氧处理设备。

以往的臭气处理装置，如图7所示，在进料气供应装置7中的空气由压缩机(BL)7a增压，再在冷却干燥机(CL/DRY)7b中制成干燥空气，然后输入到臭氧发生器(OZN)3a中，通过电源控制盘3b输入用于辉光放电所需的电能，在通过辉光放电时生成了臭氧化空气，该臭氧化空气通过设置在臭氧接触池4内的散气管5进行散气并与处理量(Q)的被处理水9进行气液接触，由于臭氧溶解于被处理水中的臭氧反应，从而达到了脱臭、脱色和杀菌的作用。另外，臭氧接触池4具有密闭的结构，在其上方空间积存有残留的臭氧气，因此通过排臭氧处理装置6将其分解，使其变成无害的气体而放入大气中。这些控制方法可由特开昭59-62390得知。

近年来，结合环境净化而进行的对上下水处理的研究，以及使臭氧与处理水接触而进行脱臭、脱色和杀菌处理等所谓先进处理方法已开始普及。随之，人们希望降低基建的成本和通过减少辉光放电的电能而达到节约电能的目的。

特别是在基建成本中，臭氧接触池4与臭氧放生～散气系统的基建成本之比为2比1，占全部基建成本的50％(其余由活性炭吸附池和中间调节水池等构成)，因此人们希望使臭氧接触池缩小化。

本发明的目的是要提供一种能使臭氧接触池缩小化和可以降低臭氧处理装置的电能消耗的净化处理用的臭氧处理设备。

为了解决上述的课题，根据本发明，用一种氧增浓装置将空气转变成高浓度氧气，然后将此气体送入臭氧发生器中而使其生成一种臭氧浓度在30g/Nm³以上或者在30(g/Nm³)至80(g/Nm³)的范围内的臭氧，再将这些臭氧在臭氧接触池中进行散气。

为了使用上述高浓度臭氧化的气体，将高浓度臭氧化的气体通过臭氧接触池内的散气管进行散气，从而与被处理水进行气液混合，因此使臭氧的溶解量增多，加快了臭氧反应，因此能在短时间内处理完被处理的水，特别是当臭氧浓度在30g/Nm³以上时，可使臭氧接触池比已往的臭氧接触池有大幅度的缩小。

另外，如果将高浓度的氧气送入臭氧发生器中，以便产生一种臭氧浓度在30g/Nm³以上或者在30(g/Nm³)至80(g/Nm³)范围内的气体，则可大幅度地降低单位电能的消耗。

图1是本发明的一个实施例中的臭氧净化处理设备的简要说明图。

图2是表示与本发明的臭氧处理设备的管理指标相关关系的特性图。

图3是表示由空气与氧气生成的臭氧浓度与单位电能消耗的关系的特性图。

图4是表示图7的臭氧处理效果的特性图。

图5是表示图1的臭氧处理效果的特性图。

图6是表示综合评价数据的特性图。

图7是关于已往的净化处理用的臭氧处理设备的简要说明图。

对较佳实施方案的详细描述。

实施例

以下根据图1至图3，图5和图6来说明本发明的一个实施例。

在图1中，通过PSA装置1(氧增浓装置)的作用，产生了含氧90％以上的高浓度氧气。PSA装置1的作用是使空气由压缩机Bp增压，再经由带有阀装置的V.S管路分配系统而进入吸收罐A₁～A₃中。吸收罐A₁～A₃按顺序地吸收高浓度的O₂，残余的气体由压缩机Cp增压，贮存到贮气罐V中。另一方面，不需要的N₂则通过减压泵、Vp排入大气中。

氧气通过流量调节阀2C，再经由流量计(F₁)2a，然后按照控制单元(CE₂)2d控制的必要流量将其送入臭氧发生器3a中，这时通过电源控制盘3b的控制而引起在臭氧发生器3a内产生辉光发电，当气体通过辉光放电区时就生成了臭氧，然后作为臭氧化气体输出，在多台臭氧发生器的情况下，臭氧化气体经由一个由集气管10进行集中分配的分配管系统，再通过流量计(f₁)2b，然后通过散气管5进行散气。在图1中，为了进行2阶段式散气，由散气管5a、5b并列地进行散气。在臭氧发生器3a中，由于送入的是90％以上的氧气，因此能产生臭氧浓度在30g/Nm³以上的臭氧化气体，这种臭氧化气体在臭氧接触池4中进行散气，但优选是用一种臭氧浓度在30(g/Nm³)～80(g/Nm³)范围内的臭氧化气体在臭氧接触池4中进行散气。

在臭氧接触池4中，流量为(Q)的被处理水9流入密闭的容积内，该容积的内部尺寸如图所示，宽＝W，高＝H，长＝D，水深以臭氧接触区为H₁，滞留区为H₂来表示。散气管5a和5b在由输入流量为(Q)的被处理水9逆流迂回地经过的水流途径中进行2阶段式的臭氧接触，这样就可达到必要的臭氧接触时间。此处，臭氧的接触时间以接触区和滞留区内的总时间约10～15分钟为目标。

下面根据图2，以模式图来说明各种指标的相关关系。

所谓臭氧输入率η(mg/l)，是相对于被处理水流量Q(m³/h)，以设定的必要臭氧流量(kg/h)3为指标，人为地给出设定值(最大～最小范围内)。而且，它们的关系为：

必要臭氧流量(OZN)＝(臭氧输入率η)×(被处理水流量Q)×10^-3在图2中，在相应于ηH＝最大时Q₁点的交点的下方为必要臭氧流量最大(O₁点)，至于臭氧发生器，由图1的电源控制盘3b控制的臭氧发生器3a来产生所需的臭氧量。

可是，在图2中，交点D₁是以臭氧浓度(g/Nm³)为指标，因此，由这点向左侧移动时达到F₁点(臭氧化气体流量＝Nm³/h)，再向左侧移动时达到n₁点(相当于散气管5的1根管的额定流量＝l/min)，在其下方的N₁点为散气管的必要根数。

此处存在关系式：

必要臭氧流量(OZN)＝(臭氧浓度D)×(臭氧化气体流量F)×10^-3，因此，在臭氧输入率(ηH)和被处理水流量(Q₁)保持一定，也就是将必要的臭氧流量保持一定的条件下，当臭氧浓度D(g/Nm³)由高(H)变低(L)时，相应地D₁点变为D₂点，这时必要的臭氧化气体流量就由F₁增加至F₂，因此散气管的根数就由N₁增加至N₂，这种关系可由图2得到理解。总之，当臭氧浓度D(g/Nm³)高(H)时，即相当于D₁时，可以将臭氧化气体流量减少至F₁，这时的散气管的根数N以N₁根为适宜。相反，当臭氧浓度为D₂(g/Nm³)这样低(L)的浓度时，臭氧化气体流量F₂就要比F₁多，这时的散气管根数N以N₂根为适宜。

在图3中，纵轴表示臭氧发生器3的单位电能消耗P(Kwh/kg-O₃)，横轴表示臭氧浓度D(g/Nm³)，Af曲线表示图7中的先有技术系统使用空气作原料的臭氧发生器的特性，其中，当D＝20g/Nm³时的P＝21kwh/kg-O₃，它表示最小的电能消耗。Of曲线表示图1中以90％以上的氧气作为输入气体的臭氧发生器3的特性，当D＝60g/Nm³时，电能消耗变为P＝16kwh/kg-O₃的最小值。这时，臭氧发生器内的放电空间也同样地变为最小，这是由于原料气体由空气变成氧气的缘故。

然而，在同一个臭氧发生器3中，即使在输入的气体由空气变为氧气时，其臭氧发生量也以2～2.2倍以内为界限。这时即使在辉光发电的空间中继续增加电能的输入量也存在上述界限，这是因为湿度的上升和分子间的运动条件而使臭氧发生量达到饱和的缘故。虽然已公开了这样一种臭氧发生器，其辉光放电的间隔减小至约1/2，相应增加了电流密度，从而使臭氧浓度达到D＝120g/Nm³的高浓度化，然而，由于要使用一种输入气体为氧气的专用机种，因此是不经济的。因此，在图3中，以D＝20g/Nm³的图7中的公知例的情况下，例如以臭氧发生量(＝必要臭氧流量OZN)为1kg/h计，则臭氧化气体流量f₁＝50Nm³/h。由于制造时的偏差，允许在D＝20±5g/Nm³的范围内变化。此处，由于存在臭氧发生量＝D×f₁×10^-3的关系，因此在D保持一定时，为了使臭氧发生量降低至0.5kg/h，可以将f₁降低至f₁＝25Nm³/h。

另一方面，在同一个臭氧发生器中，当输入气体变为氧气时，臭氧发生量存在2～2.2倍以内的限界，因此在本发明中，在保持臭氧浓度D＝60g/Nm³的条件下，为了使臭氧的发生量为2kg/h，则可以采用33Nm³/h的臭氧化气体流量F₁。另外，为了使D＝40g/Nm³，则臭氧发生量(kg/h)应为公知例的2倍，即2kg/h。(将臭氧化气体流量F₁(Nm³/h)定为与公知例中的D＝20g/Nm³的情况相同的50Nm³/h的场合)。

另外，由于制造上的偏差，允许在D＝40±5g/Nm³的范围内变化。因此，由Af曲线与OF曲线的比较可以看出，单位电能消耗P以D＝30g/Nm³为二者的边界点，在OF曲线的一侧，电力消耗变小。

根据以上的条件(在已往例中为D＝20g/Nm³，在本发明中为D＝40g/Nm³的条件)，在实验工厂进行了运转实验，求得了实验数据，将这些结果示于图4～图6中。

在图4和图5中，横轴表示臭氧接触池的面积比，纵轴表示臭氧的气液混合吸收效率(％)和臭气物质(2-MIB，ジエオスミン)的除去效率，臭氧输入率η(mg/l)曲线8是根据作为参数的最小η_L、平均η_M和最大η_H的条件进行整理而获得的，其中，图4是表示以往的以空气输入的臭氧发生器的情况，即由图7的系统获得的数据，而图5是表示以氧气输入的臭氧发生器的情况，即由图1的系统获得的数据。

把以上的有效率之差示于图6中。也就是说，根据臭气物质的除去效率(％)来整理，即使在臭氧输入率的最小(η_L)～最大(η_K)的范围内，都可以看出图1的系统是较优的，而如果将已往的图7的臭氧接触池4的面积比作为1，则在图1中臭氧接触池的面积比为0.6～0.7即可以达到同等的除去效率。另外，如图1那样运转多台臭氧发生器的情况下，则在同一臭氧化气体流量(Nm³/h)的条件下可产生2倍的臭氧浓度(g/Nm³)，也就是每台发生器的臭氧发生量可获得2倍的输出，这相当于已往2台设备的输出，故臭氧发生器的台数可以减半。至于臭氧处理系统的臭氧接触池，当采用高浓度的臭氧时，如图1所示，其臭氧接触池的面积比可以降低到0.6～0.7，因此可以降低基建费用。或者，如图7所示，在将面积比维持在与以往的相同面积时，可以采取将2倍流量Q的被处理水通入臭氧接触池中的方法。

另外，在该实施例中，采取臭氧浓度在30(g/Nm³)至80(g/Nm³)的范围内的理由可根据图3来说明。

当臭氧浓度在30(g/Nm³)以下或者在80(g/Nm³)以上时，单位电力消耗P(Kwh/kg-O₃)增加，因此不经济，而且，按该电力消耗的比例，臭氧发生量(kg/h)也不增加。因此，臭氧浓度在30(g/Nm³)至80(g/Nm³)的范围内为经济，从经济这一点来考虑，臭氧浓度的下限值优选为40(g/Nm³)。

另外，将臭氧浓度设定在30(g/Nm³)至80(g/Nm³)的范围内或将其下限值设定为40(g/Nm³)的方法，可以通过包括PSA装置1的控制单元1a、流量调节阀2c的控制单元2d和臭氧发生器3的电源控制盘3b的综合控制单元3c来实现，根据图2～图3的特性表来决定臭氧化气体流量F₁，并据此来控制流量调节阀2c的开度和臭氧的浓度。由图3可以看出，在臭氧发生器中的单位电能消耗(Kwh/kg-O₃)，可从已往例子中的21降低至16，即降低了20％，而且随着电能的节省(运行成本降低)，其运行成本也比已往低。

另外，在该实施例中由于使用了PSA装置1(氧增浓装置)，因此可以生成90％以上的氧气，对于不要的氮气N₂可以通过减压泵Vp将其排入大气中，其中没有由于放电所生成的氮氧化物，因此不会产生由于氮氧化物与有机物的反应而生成的三氯硝基甲烷(CNO₂Cl₃)，故处理水对人体是安全的。

如上所述，本发明具有如下效果

(1)本发明臭氧发生器按臭氧浓度为40g/Nm³而通过臭氧接触池中的散气管放出并与被处理水进行气液混合接触，如以臭氧浓度为20g/Nm³(已往例)的臭氧接触池的面积作为1来比较，则本发明可以将其缩小至0.6仍能获得同样的臭气物质除去率，因此可以大幅度地降低臭氧接触池的基建费用。

也就是说，图7中示出的臭氧接触池4的面积〔W×D〕，可从图1所示面积〔W₁×D〕的面积比1缩小至0.6。此处，高度H、水深H₁～H₂皆不改变的理由是，从散气管出来的气液混合物的上升时间是接触时间的一个函数，因此不应改变。其数值一般多数为5～6m。

(2)当臭氧浓度由20增加至40g/Nm³，即增加至2倍时，如果将必要的臭氧量维持一定，则臭氧化气流量可降低至1/2，因此可将臭氧的散气管的根数减少至1/2。

(3)由于臭氧发生器的输入气体由空气改为氧气，因此单位电能消耗(Kwh/kg-O₃)可以减少20％，从而可以节约能量(运行成本降低)。

Claims

1.一种净化处理用的臭氧处理设备，它是一种用氧增浓装置将空气转变成高浓度氧气，然后将其送入臭氧发生器，在其中产生高浓度的臭氧，再将此臭氧在臭氧接触池中进行散气的臭氧处理设备，其特征在于，按臭氧浓度在30g/Nm³以上在臭氧接触池中进行散气，并将100％面积的臭氧接触池缩小至60±10％的面积。

2.一种净化处理用的臭氧处理设备，它是一种用氧增浓装置将空气转变成高浓度氧气，然后将其送入臭氧发生器，在其中产生高浓度的臭氧，再将此臭氧在臭氧接触池中进行散气的臭氧处理设备，其特征在于，按照臭氧浓度在30(g/Nm³)至80(g/Nm³)的范围内来控制由氧增浓装置产生的氧气的流量，使上述臭氧在臭氧接触池中散气。

3.如权利要求1或2所述的净化处理用的臭氧处理设备，其特征在于，把在氧增浓装置中不需要的氮气N₂排入大气中，使得送往臭氧发生器中的N₂在10％以下。