CN201722145U - 一种臭氧制取系统及污水处理系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及属污水环保处理技术领域，公开了一种臭氧制取系统及污水处理系统。所述臭氧制取系统，包括变压吸附空分制氧装置及放电法臭氧发生装置，所述变压吸附空分制氧装置包括：装填有低硅铝比X型分子筛吸附剂的并可对空气交替吸附产生纯氧的两个吸附塔，与所述吸附塔连接的氧气缓冲罐，及与所述氧气缓冲罐连接的用于存储所述纯氧的氧气平衡罐。本实用新型通过空分制氧技术与放电法组合的臭氧制取工艺，通过利用一台高效的变压吸附空分制氧装置产生高纯度的干燥氧气，并通过臭氧发生装置来生产臭氧，具有臭氧产生效率高，浓度高等特点，并与人工快渗污水处理装置结合应用于污水深度处理领域，可有效提高对污水中主要污染物的去除效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及属污水环保处理技术领域，尤其涉及的是一种空分制氧技术与放电法组合的臭氧制取系统及污水处理系统。
背景技术
变压吸附是利用气体在不同的压力下在吸附剂上的吸附能力不同，对空气中各种气体进行分离的一种非低温空气分离技术。放电法臭氧发生技术是使干燥的含氧气体流过放电间隙区而产生臭氧。目前变压吸附制氧技术及臭氧制取技术均得到较快发展，但普遍存在氧气产量不足、能耗高、臭氧浓度低等问题，此外，现有技术中，臭氧在污水处理领域的应用尚不成熟。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种臭氧制取系统及污水处理系统，具有产生臭氧效率高、能耗低，臭氧浓度高等特点，且污水处理效果好。
本实用新型解决技术问题所采用的技术方案如下：
一种臭氧制取系统，包括变压吸附空分制氧装置及放电法臭氧发生装置，其中，所述变压吸附空分制氧装置包括：装填有低硅铝比X型分子筛吸附剂的并对空气交替吸附产生纯氧的两个吸附塔，与所述吸附塔连接的氧气缓冲罐，及与所述氧气缓冲罐连接的用于存储所述纯氧的氧气平衡罐。
所述的臭氧制取系统，其中，所述放电法臭氧发生装置包括：平板状的低压电极，与所述平板状的低压电极相对，并形成放电间隙的高压电极，以及设置在所述低压电极与所述高压电极之间的平板状的介电体，所述介电体用于当在所述低压电极与所述高压电极之间施加交流电压并注入所述氧气平衡罐存储的纯氧时使放电间隙产生放电，形成臭氧。
所述的臭氧制取系统，其中，所述变压吸附空分制氧装置还包括用于给所述吸附塔输入原料空气的鼓风机。
所述的臭氧制取系统，其中，所述变压吸附空分制氧装置还包括与所述吸附塔连接的用于所述吸附剂吸氮气饱和后，对所述吸附塔抽真空，使吸附剂解吸再生的真空泵。
所述的臭氧制取系统，其中，所述真空泵为罗茨真空泵。
一种污水处理系统，其中，包括所述的臭氧制取系统，其还包括与所述臭氧制取系统连接的，用于将所述臭氧与污水直接接触，使所述臭氧与污水中的无机物和有机物发生氧化反应以对污水进行初步净化处理的污水调节池。
所述的污水处理系统，其中，其还包括与所述污水调节池连接的用于将经初步净化处理的污水进行处理，通过以水解、截留、微生物降解为主的多重机制作用，对污水中污染物进一步去除和净化的人工快渗污水处理装置。
本实用新型所提供的臭氧制取系统及污水处理系统，通过空分制氧技术与放电法组合的臭氧制取工艺，通过利用一台高效的变压吸附空分制氧装置产生高纯度的干燥氧气，并通过臭氧发生装置来生产臭氧，具有臭氧产生效率高，浓度高等特点，并人工快渗污水处理装置结合应用于污水深度处理领域，可有效提高对污水中主要污染物的去除效率。并具有如下优点：
(1)本实用新型利用基于低硅铝比X型分子筛高效吸附剂对空气交替吸附产生纯氧的两个吸附塔产生纯氧，再通过放电法臭氧发生装置取臭氧，具有产生臭氧效率高、能耗低，臭氧浓度高等特点。
(2)预臭氧氧化可降低原水中有机物的分子量，使分子量较大的有机物占的比例减少，将难生物降解的有机物转化为易于被微生物氧化的小分子，消除或减弱其毒性，从而改变原水的特性，提高废水的可生物降解性，提高后续工艺的处理效果。
(3)臭氧与污水中的NH4-N充分接触，可使NH4-N氧化为N2、NO2 -、NO3 -等气态分子或易于被微生物吸收利用的营养盐，同时，预臭氧化可增加水中的溶解氧含量.从而促使快渗池中的硝化菌非常活跃，促进系统的硝化-反硝化作用，提高系统对NH4-N的去除效率。
(4)采用本技术方案，通过臭氧曝气，提高系统的含氧量，起到复氧的作用，由于供氧充分，促进了快渗池内好氧微生物的繁殖生长，加速了有机物、氮、磷等污染物的生物降解速率，延长了系统的使用寿命。
(5)可以使污染物COD和NH4-N去除率分别达到了95.1％和98.4％。
(6)采用本实用新型，应用于难降解有机污水的深度处理，提供了一个解决高浓度难降解有机废水处理问题的新方法。
附图说明
图1是本实用新型的变压吸附空分制氧工艺流程图；
图2是本实用新型的两塔式真空变压吸附制氧装置示意图；
图3是本实用新型的放电法臭氧发生装置装置示意图；
图4是本实用新型水中臭氧分解及与有机物不同反应途径示意图；
图5是本实用新型的污水处理系统原理框图。
具体实施方式
本实用新型提供一种臭氧制取系统及污水处理系统，为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
本实用新型所提供的臭氧制取系统及污水处理系统。其工作原理是：利用一台高效的变压吸附空分制氧装置产生高纯度的干燥氧气，并通过臭氧发生装置来生产臭氧，本实用新型具有臭氧产生效率高，浓度高等特点，并将该设备与人工快渗污水处理装置结合应用于污水深度处理领域，可有效提高对污水中主要污染物的去除效率。
如图5所示，本实用新型实施例的污水处理系统包括臭氧制取系统，所述臭氧制取系统包括变压吸附空分制氧装置及放电法臭氧发生装置，其中，如图2所示，所述变压吸附空分制氧装置包括：装填有低硅铝比X型分子筛吸附剂的并可对空气交替吸附产生纯氧的两个吸附塔3，与所述吸附塔连接的氧气缓冲罐4，及与所述氧气缓冲罐连接的用于存储所述纯氧的氧气平衡罐5；用于给所述吸附塔输入原料空气的鼓风机1，与所述吸附塔3连接的用于所述吸附剂吸氮气饱和后，对所述吸附塔抽真空，使吸附剂解吸再生的真空泵2。所述真空泵2为罗茨真空泵。
以下将通过具体的实施例对本实用新型的污水处理系统进行更详细的说明：
本实用新型涉及的制氧装置是一台高效的变压吸附空分制氧装置，如图2所示，其中1是鼓风机，2是真空泵，3是吸附塔，4是氧气缓冲罐，5是氧气平衡罐，6是气动阀门，7是消音器，8是空气过滤器。
其工作原理如图1所示：A1、将原料空气脱硫、除杂成干净空气；A2、将所述干净空气增压为25kP的空气送入两个装填有低硅铝比X型分子筛吸附剂的吸附塔，采用多级串联流化床轮流切换分子筛离子交换工艺通过两吸附塔的吸附剂交替吸附解吸，连续生成纯氧。将空气加压下进入吸附塔吸附氮气，空气中的氧气作为产品进入缓冲罐，即A3、将所述纯氧再增压为0.15MPa氧气输入储氧设备进行保存。其氧气纯度可达90％-95％，氮气含量小于1％，其余为氩气和微量的二氧化碳。吸附饱和后，吸附剂在解压下脱出的氮气放空，两个吸附塔交替吸附解吸操作，连续制氧。
该变压吸附空分制氧装置采用多级串联流化床轮流切换分子筛离子交换工艺，其高效吸附剂原料是低硅铝比X型分子筛(LiLSX)，如图2所示，空气从吸附塔3底进入，经过该吸附剂(低硅铝比X型分子筛(LiLSX))吸附，空气中的绝大部分氮被吸附，氧的纯度可达95％。
其高效产氧的原因是空气中氮分子四极矩比氧大得多，与离子半径很小的Li作用力强，LiLSX分子筛中Li离子数量极大，从空气中选择性吸附氮，吸附量很大。此吸附剂用于真空变压吸附(VPSA)空分制氧使氧生产成本大为降低，有效的提高了产氧的浓度。作为产品氧气从吸附塔顶排出进入氧气储存罐。吸附剂吸氮饱和后，用罗茨真空泵抽真空，使吸附剂解吸再生。两塔轮流工作，连续产氧。所述罗茨真空泵泵内装有两个相反方向同步旋转的叶形转子，转子间、转子与泵壳内壁间有细小间隙而互不接触的一种变容真空泵。
而本实用新型臭氧制取中涉及的臭氧发生装置是一台放电法臭氧发生装置，其基本原理结构如图3所示。所述放电法臭氧发生装置包括：在下端的平板状的低压电极，与所述平板状的低压电极相对，并形成具放电间隙的高压电极，以及设置在所述低压电极与所述高压电极之间的平板状的介电体：本实用新型的臭氧发生装置使在所述低压电极与所述高压电极之间施加交流电压并注入所述氧气平衡罐所存储纯氧时，在所述放电间隙产生放电，形成臭氧。
本实用新型涉及的臭氧制取是采用电晕放电法：电晕放电法是使干燥的含氧气体流过放电间隙区产生臭氧的方法，臭氧的产生机理如下：
e+O2→2O+e ①
O+O2+M→O3+M ②
虽然有若干机理可能与电晕内臭氧的形成有关，但①式的反应途径被认为是主要的，利用高速电子轰击氧气，使其分解成为氧原子，紧接着通过三体碰撞形成臭氧。②式中的M代表气体中的任何其他分子。
此外，电晕内的气体是处于可促进臭氧分解反应的高温下，所以净臭氧产量或出口气体组成是形成和分解臭氧所有反应的总和。净产率依众多因素而变，如：进气的氧气含量和温度、电晕中的功率密度、冷却系统的效率等，这些因素都影响着经济实用的臭氧发生器和系统的设计。
由上完成本实用新型的臭氧制取，即实现了本实用新型的臭氧制取装置的臭氧制取。
以下将对本实用新型的臭氧制取系统产生的臭氧应用于污水处理(即本实用新型污水处理系统)的关键环节进行详细说明：
如图5所示，将放电法臭氧发生装置产生的所述臭氧通入调节池内将所述臭氧对污水进行曝气，使得臭氧与污水充分接触后，发生一系列化学反应，如图4所示，为不同pH条件下臭氧对有机物不同氧化机理的示意图。其中，z：链反应引发剂；s：自由基捕获剂；M’：与自由基反应的有机物；R：二级自由基。
从图4中可以看到在酸性pH值环境中，臭氧分解缓慢，以分子形态直接氧化有机物。所以本实用新型采用在碱性pH值条件下，臭氧经OH-离子催化分解生成自由基如羟基自由基·OH等活性基团，羟基自由基·OH和有机物以非选择性模式反应，具有很高的反应速率常数。
臭氧在水溶液中与有机物的反应极为复杂，主要反应方程式如下：
(1)臭氧与烯烃类化合物的反应，反应式为：
式中，G代表OH、OCH3、OCCH3等基团，反应的最终产物可能是单体的/聚体的/或交错的臭氧化物的混合体。臭氧化物分解成醛和酸。
(2)臭氧与芳香族化合物的反应，反应式为：
(3)对核蛋白(氨基酸)系的反应，反应式为：
(4)对有机氨的氧化，反应式为：
然后将经过污水调节池初步净化处理的污水输送至人工快渗污水处理装置进行处理，通过以水解、截留、微生物降解为主的多重机制作用，对污水中污染物进一步去除和净化，处理后的水基本可以达标进行回用。
本实用新型采用“基于变压吸附空分制氧技术与放电法结合的臭氧制取工艺”，并与人工快渗污水处理装置相结合，应用于高浓度有机废水的深度处理，为本实用新型的污水处理系统，其步骤流程如图5所示：
A、首先空气进入变压吸附空分制氧装置，经过吸附剂吸附，空气中的绝大部分氮被吸附，氧的纯度可达95％。
B、高纯度干燥的氧气排出后进入放电法臭氧发生装置的放电间隙区。利用高速电子轰击氧气，使其分解成为氧原子，紧接着通过三体碰撞形成臭氧，臭氧浓度可达到50～80ng/L。
C、臭氧通入调节池内与污水直接接触，在该系统中，臭氧与污水中的无机物和多数有机物发生氧化反应，臭氧能够将大分子有机物氧化为小分子酸。酮、醛等中间产物，而这些小分子易降解物质可被微生物吸收利用，同时，臭氧能使微生物容易利用的正磷酸盐从高分子有机物和胶体中释放出来。
D、经污水调节池处理后的污水进入人工快速渗虑污水处理系统处理，在该系统中通过水解、截留、微生物降解等多重机制作用，污染物得以进一步去除，水体得到深度净化，可直接应回用于生产生活的多个领域。
以下将通具体的实施例对本实用新型污水处理系统进更进一步说明：
(1)对污染物COD的去除实验
取某混有印染厂及食品厂污水的高浓度有机废水进行实验，污水COD浓度分别为581.34mg/L，经过人工快渗污水处理系统处理后，COD去除率为65％。
采用本实用新型专利制取臭氧并对污水进行曝气后，臭氧与污水中的有机物充分接触，通过氧化反应，使难降解的高分子有机物分解为易为微生物吸收利用的小分子酸、酮、醛等，曝气后的污水再经过人工快渗污水处理系统，通过微生物的降解作用，COD的去除率显著提高，去除率可提高7％-17％。实验数据如下：
不同曝气时间条件下的COD去除效果：
(2)对污染物NH4-N的去除实验
取某混有印染厂及食品厂污水的高浓度有机废水进行实验，污水NH4-N浓度为66.4mg/L，经过人工快渗污水处理系统处理后，NH4-N去除率为76％。
采用本实用新型专利制取臭氧并对污水进行曝气后，臭氧与污水中的NH4-N充分接触，通过氧化反应，使NH4-N氧化为N2、NO2 -、NO3 -等气态分子或易于被微生物吸收利用的营养盐，曝气后的污水再经过人工快渗污水处理系统后，NH4-N的去除率显著提高，去除率可提高18％-21％。
不同曝气时间条件下的NH4 -N去除效果：
综上所述，本实用新型有益效果如下：
(1)本实用新型提出的臭氧制取方法，利用基于低硅铝比X型分子筛高效吸附剂的空分制氧技术产生高浓度干燥纯氧，再与放电法组合制取臭氧，具有产生臭氧效率高、能耗低，臭氧浓度高等特点。
(2)预臭氧氧化可降低原水中有机物的分子量，使分子量较大的有机物占的比例减少，将难生物降解的有机物转化为易于被微生物氧化的小分子，消除或减弱其毒性，从而改变原水的特性，提高废水的可生物降解性，提高后续工艺的处理效果。
(3)臭氧与污水中的NH4-N充分接触，可使NH4-N氧化为N2、NO2 -、NO3 -等气态分子或易于被微生物吸收利用的营养盐，同时，预臭氧化可增加水中的溶解氧含量.从而促使快渗池中的硝化菌非常活跃，促进系统的硝化-反硝化作用，提高系统对NH4-N的去除效率。
(4)采用本技术方案，通过臭氧曝气，提高系统的含氧量，起到复氧的作用，由于供氧充分，促进了快渗池内好氧微生物的繁殖生长，加速了有机物、氮、磷等污染物的生物降解速率，延长了系统的使用寿命。
(5)采用本实验方案的臭氧与人工快渗组合工艺，可以使污染物COD和NH4-N去除率分别达到了95.1％和98.4％。
(6)采用本实用新型，应用于难降解有机污水的深度处理，提供了一个解决高浓度难降解有机废水处理问题的新方法。
应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种臭氧制取系统，包括变压吸附空分制氧装置及放电法臭氧发生装置，其特征在于，所述变压吸附空分制氧装置包括：装填有低硅铝比X型分子筛吸附剂的并对空气交替吸附产生纯氧的两个吸附塔，与所述吸附塔连接的氧气缓冲罐，及与所述氧气缓冲罐连接的用于存储所述纯氧的氧气平衡罐。
2.根据权利要求1所述的臭氧制取系统，其特征在于，所述放电法臭氧发生装置包括：平板状的低压电极，与所述平板状的低压电极相对，并形成放电间隙的高压电极，以及设置在所述低压电极与所述高压电极之间的平板状的介电体，所述介电体用于当在所述低压电极与所述高压电极之间施加交流电压并注入所述氧气平衡罐存储的纯氧时使放电间隙产生放电，形成臭氧。
3.根据权利要求1所述的臭氧制取系统，其特征在于，所述变压吸附空分制氧装置还包括用于给所述吸附塔输入原料空气的鼓风机。
4.根据权利要求1所述的臭氧制取系统，其特征在于，所述变压吸附空分制氧装置还包括与所述吸附塔连接的用于所述吸附剂吸氮气饱和后，对所述吸附塔抽真空，使吸附剂解吸再生的真空泵。
5.根据权利要求4所述的臭氧制取系统，其特征在于，所述真空泵为罗茨真空泵。
6.一种污水处理系统，其特征在于，包括权利要求1-5任一所述的臭氧制取系统，其还包括与所述臭氧制取系统连接的，用于将所述臭氧与污水直接接触，使所述臭氧与污水中的无机物和有机物发生氧化反应以对污水进行初步净化处理的污水调节池。
7.根据权利要求6所述的污水处理系统，其特征在于，其还包括与所述污水调节池连接的用于将经初步净化处理的污水进行处理，通过以水解、截留、微生物降解为主的多重机制作用，对污水中污染物进一步去除和净化的人工快渗污水处理装置。
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Inventor after: Yang Xiaomao Inventor after: Xie Youchang Inventor after: Wang Bo Inventor after: Zhuang Yixuan Inventor after: Lai Meidong Inventor before: Yang Xiaomao Inventor before: Wang Bo Inventor before: Zhuang Yixuan Inventor before: Lai Meidong |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: YANG XIAOMAO WANG BO ZHUANG YIXUAN LAI MEIDONG TO: YANG XIAOMAO XIE YOUCHANG WANG BO ZHUANG YIXUAN LAI MEIDONG |
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| CX01 | Expiry of patent term | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20110126 |