一種臭氧製取系統及汙水處理系統的製作方法

2023-09-18 08:57:30 4

專利名稱：一種臭氧製取系統及汙水處理系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及屬汙水環保處理技術領域，尤其涉及的是一種空分制氧技術與放 電法組合的臭氧製取系統及汙水處理系統。
背景技術：
變壓吸附是利用氣體在不同的壓力下在吸附劑上的吸附能力不同，對空氣中各種 氣體進行分離的一種非低溫空氣分離技術。放電法臭氧發生技術是使乾燥的含氧氣體流過 放電間隙區而產生臭氧。目前變壓吸附制氧技術及臭氧製取技術均得到較快發展，但普遍 存在氧氣產量不足、能耗高、臭氧濃度低等問題，此外，現有技術中，臭氧在汙水處理領域的 應用尚不成熟。因此，現有技術還有待於改進和發展。 發明內容本實用新型要解決的技術問題在於，針對現有技術的上述缺陷，提供一種臭氧制 取系統及汙水處理系統，具有產生臭氧效率高、能耗低，臭氧濃度高等特點，且汙水處理效 果好。本實用新型解決技術問題所採用的技術方案如下一種臭氧製取系統，包括變壓吸附空分制氧裝置及放電法臭氧發生裝置，其中，所 述變壓吸附空分制氧裝置包括裝填有低矽鋁比X型分子篩吸附劑的並對空氣交替吸附產 生純氧的兩個吸附塔，與所述吸附塔連接的氧氣緩衝罐，及與所述氧氣緩衝罐連接的用於 存儲所述純氧的氧氣平衡罐。所述的臭氧製取系統，其中，所述放電法臭氧發生裝置包括平板狀的低壓電極， 與所述平板狀的低壓電極相對，並形成放電間隙的高壓電極，以及設置在所述低壓電極與 所述高壓電極之間的平板狀的介電體，所述介電體用於當在所述低壓電極與所述高壓電極 之間施加交流電壓並注入所述氧氣平衡罐存儲的純氧時使放電間隙產生放電，形成臭氧。所述的臭氧製取系統，其中，所述變壓吸附空分制氧裝置還包括用於給所述吸附 塔輸入原料空氣的鼓風機。所述的臭氧製取系統，其中，所述變壓吸附空分制氧裝置還包括與所述吸附塔連 接的用於所述吸附劑吸氮氣飽和後，對所述吸附塔抽真空，使吸附劑解吸再生的真空泵。所述的臭氧製取系統，其中，所述真空泵為羅茨真空泵。 一種汙水處理系統，其中，包括所述的臭氧製取系統，其還包括與所述臭氧製取系 統連接的，用於將所述臭氧與汙水直接接觸，使所述臭氧與汙水中的無機物和有機物發生 氧化反應以對汙水進行初步淨化處理的汙水調節池。 所述的汙水處理系統，其中，其還包括與所述汙水調節池連接的用於將經初步淨 化處理的汙水進行處理，通過以水解、截留、微生物降解為主的多重機製作用，對汙水中汙 染物進一步去除和淨化的人工快滲汙水處理裝置。[0013]本實用新型所提供的臭氧製取系統及汙水處理系統，通過空分制氧技術與放電法 組合的臭氧製取工藝，通過利用一臺高效的變壓吸附空分制氧裝置產生高純度的乾燥氧 氣，並通過臭氧發生裝置來生產臭氧，具有臭氧產生效率高，濃度高等特點，並人工快滲汙 水處理裝置結合應用於汙水深度處理領域，可有效提高對汙水中主要汙染物的去除效率。 並具有如下優點(1)本實用新型利用基於低矽鋁比X型分子篩高效吸附劑對空氣交替吸附產生純 氧的兩個吸附塔產生純氧，再通過放電法臭氧發生裝置取臭氧，具有產生臭氧效率高、能耗 低，臭氧濃度高等特點。(2)預臭氧氧化可降低原水中有機物的分子量，使分子量較大的有機物佔的比例 減少，將難生物降解的有機物轉化為易於被微生物氧化的小分子，消除或減弱其毒性，從而 改變原水的特性，提高廢水的可生物降解性，提高後續工藝的處理效果。(3)臭氧與汙水中的NH4-N充分接觸，可使NH4-N氧化為Ν2、Ν02_、Ν03_等氣態分子或 易於被微生物吸收利用的營養鹽，同時，預臭氧化可增加水中的溶解氧含量.從而促使快 滲池中的硝化菌非常活躍，促進系統的硝化_反硝化作用，提高系統對NH4-N的去除效率。(4)採用本技術方案，通過臭氧曝氣，提高系統的含氧量，起到復氧的作用，由於供 氧充分，促進了快滲池內好氧微生物的繁殖生長，加速了有機物、氮、磷等汙染物的生物降 解速率，延長了系統的使用壽命。(5)可以使汙染物COD和NH4-N去除率分別達到了 95. 和98. 4%。(6)採用本實用新型，應用於難降解有機汙水的深度處理，提供了一個解決高濃度 難降解有機廢水處理問題的新方法。

圖1是本實用新型的變壓吸附空分制氧工藝流程圖；圖2是本實用新型的兩塔式真空變壓吸附制氧裝置示意圖；圖3是本實用新型的放電法臭氧發生裝置裝置示意圖；圖4是本實用新型水中臭氧分解及與有機物不同反應途徑示意圖；圖5是本實用新型的汙水處理系統原理框圖。
具體實施方式
本實用新型提供一種臭氧製取系統及汙水處理系統，為使本實用新型的目的、技 術方案及效果更加清楚、明確，以下參照附圖並舉實例對本實用新型進一步詳細說明。應當 理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。本實用新型所提供的臭氧製取系統及汙水處理系統。其工作原理是利用一臺高 效的變壓吸附空分制氧裝置產生高純度的乾燥氧氣，並通過臭氧發生裝置來生產臭氧，本 實用新型具有臭氧產生效率高，濃度高等特點，並將該設備與人工快滲汙水處理裝置結合 應用於汙水深度處理領域，可有效提高對汙水中主要汙染物的去除效率。如圖5所示，本實用新型實施例的汙水處理系統包括臭氧製取系統，所述臭氧制 取系統包括變壓吸附空分制氧裝置及放電法臭氧發生裝置，其中，如圖2所示，所述變壓吸 附空分制氧裝置包括裝填有低矽鋁比X型分子篩吸附劑的並可對空氣交替吸附產生純氧的兩個吸附塔3，與所述吸附塔連接的氧氣緩衝罐4，及與所述氧氣緩衝罐連接的用於存儲 所述純氧的氧氣平衡罐5 ；用於給所述吸附塔輸入原料空氣的鼓風機1，與所述吸附塔3連 接的用於所述吸附劑吸氮氣飽和後，對所述吸附塔抽真空，使吸附劑解吸再生的真空泵2。 所述真空泵2為羅茨真空泵。以下將通過具體的實施例對本實用新型的汙水處理系統進行更詳細的說明本實用新型涉及的制氧裝置是一臺高效的變壓吸附空分制氧裝置，如圖2所示， 其中1是鼓風機，2是真空泵，3是吸附塔，4是氧氣緩衝罐，5是氧氣平衡罐，6是氣動閥門， 7是消音器，8是空氣過濾器。其工作原理如圖1所示A1、將原料空氣脫硫、除雜成乾淨空氣；A2、將所述乾淨空 氣增壓為25kP的空氣送入兩個裝填有低矽鋁比X型分子篩吸附劑的吸附塔，採用多級串 聯流化床輪流切換分子篩離子交換工藝通過兩吸附塔的吸附劑交替吸附解吸，連續生成純 氧。將空氣加壓下進入吸附塔吸附氮氣，空氣中的氧氣作為產品進入緩衝罐，即A3、將所述 純氧再增壓為0. 15MPa氧氣輸入儲氧設備進行保存。其氧氣純度可達90% -95%，氮氣含 量小於1 %，其餘為氬氣和微量的二氧化碳。吸附飽和後，吸附劑在解壓下脫出的氮氣放空， 兩個吸附塔交替吸附解吸操作，連續制氧。該變壓吸附空分制氧裝置採用多級串聯流化床輪流切換分子篩離子交換工藝，其 高效吸附劑原料是低矽鋁比X型分子篩(LiLSX)，如圖2所示，空氣從吸附塔3底進入，經過 該吸附劑(低矽鋁比X型分子篩(LiLSX))吸附，空氣中的絕大部分氮被吸附，氧的純度可 達 95%。其高效產氧的原因是空氣中氮分子四極矩比氧大得多，與離子半徑很小的Li作 用力強，LiLSX分子篩中Li離子數量極大，從空氣中選擇性吸附氮，吸附量很大。此吸附劑 用於真空變壓吸附(VPSA)空分制氧使氧生產成本大為降低，有效的提高了產氧的濃度。作 為產品氧氣從吸附塔頂排出進入氧氣儲存罐。吸附劑吸氮飽和後，用羅茨真空泵抽真空，使 吸附劑解吸再生。兩塔輪流工作，連續產氧。所述羅茨真空泵泵內裝有兩個相反方向同步 旋轉的葉形轉子，轉子間、轉子與泵殼內壁間有細小間隙而互不接觸的一種變容真空泵。而本實用新型臭氧製取中涉及的臭氧發生裝置是一臺放電法臭氧發生裝置，其基 本原理結構如圖3所示。所述放電法臭氧發生裝置包括在下端的平板狀的低壓電極，與所 述平板狀的低壓電極相對，並形成具放電間隙的高壓電極，以及設置在所述低壓電極與所 述高壓電極之間的平板狀的介電體本實用新型的臭氧發生裝置使在所述低壓電極與所述 高壓電極之間施加交流電壓並注入所述氧氣平衡罐所存儲純氧時，在所述放電間隙產生放 電，形成臭氧。本實用新型涉及的臭氧製取是採用電暈放電法電暈放電法是使乾燥的含氧氣體 流過放電間隙區產生臭氧的方法，臭氧的產生機理如下e+02 — 20+e①0+02+M — 03+M②雖然有若干機理可能與電暈內臭氧的形成有關，但①式的反應途徑被認為是主要 的，利用高速電子轟擊氧氣，使其分解成為氧原子，緊接著通過三體碰撞形成臭氧。②式中 的M代表氣體中的任何其他分子。此外，電暈內的氣體是處於可促進臭氧分解反應的高溫下，所以淨臭氧產量或出口氣體組成是形成和分解臭氧所有反應的總和。淨產率依眾多因素而變，如進氣的氧氣含 量和溫度、電暈中的功率密度、冷卻系統的效率等，這些因素都影響著經濟實用的臭氧發生 器和系統的設計。由上完成本實用新型的臭氧製取，即實現了本實用新型的臭氧製取裝置的臭氧制 取。以下將對本實用新型的臭氧製取系統產生的臭氧應用於汙水處理(即本實用新 型汙水處理系統)的關鍵環節進行詳細說明如圖5所示，將放電法臭氧發生裝置產生的所述臭氧通入調節池內將所述臭氧對 汙水進行曝氣，使得臭氧與汙水充分接觸後，發生一系列化學反應，如圖4所示，為不同pH 條件下臭氧對有機物不同氧化機理的示意圖。其中，ζ 鏈反應引發劑；s 自由基捕獲劑； M』 與自由基反應的有機物；R 二級自由基。從圖4中可以看到在酸性pH值環境中，臭氧分解緩慢，以分子形態直接氧化有機 物。所以本實用新型採用在鹼性PH值條件下，臭氧經OH-離子催化分解生成自由基如羥基 自由基· OH等活性基團，羥基自由基· OH和有機物以非選擇性模式反應，具有很高的反應 速率常數。臭氧在水溶液中與有機物的反應極為複雜，主要反應方程式如下(1)臭氧與烯烴類化合物的反應，反應式為
OOH式中，G代表0H、0CH3、0CCH3等基團，反應的最終產物可能是單體的/聚體的/或 交錯的臭氧化物的混合體。臭氧化物分解成醛和酸。(2)臭氧與芳香族化合物的反應，反應式為
權利要求一種臭氧製取系統，包括變壓吸附空分制氧裝置及放電法臭氧發生裝置，其特徵在於，所述變壓吸附空分制氧裝置包括裝填有低矽鋁比X型分子篩吸附劑的並對空氣交替吸附產生純氧的兩個吸附塔，與所述吸附塔連接的氧氣緩衝罐，及與所述氧氣緩衝罐連接的用於存儲所述純氧的氧氣平衡罐。
2.根據權利要求1所述的臭氧製取系統，其特徵在於，所述放電法臭氧發生裝置包括 平板狀的低壓電極，與所述平板狀的低壓電極相對，並形成放電間隙的高壓電極，以及設置 在所述低壓電極與所述高壓電極之間的平板狀的介電體，所述介電體用於當在所述低壓電 極與所述高壓電極之間施加交流電壓並注入所述氧氣平衡罐存儲的純氧時使放電間隙產 生放電，形成臭氧。
3.根據權利要求1所述的臭氧製取系統，其特徵在於，所述變壓吸附空分制氧裝置還 包括用於給所述吸附塔輸入原料空氣的鼓風機。
4.根據權利要求1所述的臭氧製取系統，其特徵在於，所述變壓吸附空分制氧裝置還 包括與所述吸附塔連接的用於所述吸附劑吸氮氣飽和後，對所述吸附塔抽真空，使吸附劑 解吸再生的真空泵。
5.根據權利要求4所述的臭氧製取系統，其特徵在於，所述真空泵為羅茨真空泵。
6.一種汙水處理系統，其特徵在於，包括權利要求1-5任一所述的臭氧製取系統，其還 包括與所述臭氧製取系統連接的，用於將所述臭氧與汙水直接接觸，使所述臭氧與汙水中 的無機物和有機物發生氧化反應以對汙水進行初步淨化處理的汙水調節池。
7.根據權利要求6所述的汙水處理系統，其特徵在於，其還包括與所述汙水調節池連 接的用於將經初步淨化處理的汙水進行處理，通過以水解、截留、微生物降解為主的多重機 製作用，對汙水中汙染物進一步去除和淨化的人工快滲汙水處理裝置。
專利摘要本實用新型涉及屬汙水環保處理技術領域，公開了一種臭氧製取系統及汙水處理系統。所述臭氧製取系統，包括變壓吸附空分制氧裝置及放電法臭氧發生裝置，所述變壓吸附空分制氧裝置包括裝填有低矽鋁比X型分子篩吸附劑的並可對空氣交替吸附產生純氧的兩個吸附塔，與所述吸附塔連接的氧氣緩衝罐，及與所述氧氣緩衝罐連接的用於存儲所述純氧的氧氣平衡罐。本實用新型通過空分制氧技術與放電法組合的臭氧製取工藝，通過利用一臺高效的變壓吸附空分制氧裝置產生高純度的乾燥氧氣，並通過臭氧發生裝置來生產臭氧，具有臭氧產生效率高，濃度高等特點，並與人工快滲汙水處理裝置結合應用於汙水深度處理領域，可有效提高對汙水中主要汙染物的去除效率。
文檔編號C02F1/78GK201722145SQ20102025109
公開日2011年1月26日 申請日期2010年6月30日 優先權日2010年6月30日
發明者莊毅璇, 楊小毛, 王波, 賴梅東 申請人:深圳市深港產學研環保工程技術股份有限公司