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工業廢氣處理:臭氧氧化設備
網責任編輯:pecontrols.com   人氣:   發布日期:2018-07-17 19:12:03
一、臭氧的性質及其在污水處理中的應用

1、臭氧的物理化學性質
臭氧是由三個氧原子組成的氧的同素異構體。通常為淡藍色氣體,高壓下可變成深褐色液體。在標準狀態下,密度為2.144g/L。其主要物理化學性質如下。
(1)氧化能力    臭氧是一種強氧化劑,其氧化能力僅次于氟,比氧、氯及高錳酸鹽等常用的氧化劑都高。
(2)在水中的溶解度    生產中多以空氣為原料制備臭氧化空氣(含臭氧的空氣)。臭氧在水中的溶解度符合亨利定律。
(3)臭氧的分解    臭氧化學性質極不穩定,易分解。
由于分解時放出大量熱量,當濃度在25%以上時很容易爆炸,但一般臭氧化空氣中臭氧濃度不超過10%,不會發生爆炸。臭氧在空氣中的分解速率隨溫度升高而加快。濃度為1%一下的臭氧,常溫常壓下的半衰期為16h左右,所以臭氧不易貯存,需邊生產邊使用。臭氧在純水中的分解速率比在空氣中的快得多。水中臭氧濃度我3mg/L時,常溫常壓下的半衰期僅為5~30min。
臭氧在水中的分解速率隨pH值的提高而加快,在堿性條件下分解速度快,酸性條件下比較慢。
(4)臭氧的毒性和腐蝕性     臭氧具有特殊的刺激性氣味,但在空氣中的濃度極低時有新鮮氣味,使人感到格外清新,有益健康。當空氣中臭氧濃度大于0.01mg/L時,可嗅到刺激性氣味,長期接觸高濃度臭氧會影響肺功能,工作場所規定的最大允許濃度為0.1mg/L。
臭氧具有極強的氧化能力,除金和鉑外,幾乎對所有金屬都有腐蝕作用。不含碳的鉻鐵合金,基本上不受臭氧腐蝕,生產上常采用含25%Cr的鉻鐵合金來制造臭氧發生設備、加注設備及臭氧直接接觸的設備。
臭氧對非金屬材料也有強烈的腐蝕作用。因此不能用普通橡膠做密封材料,應采用耐腐蝕能力強的硅橡膠或耐酸橡膠。
2、臭氧在污水處理中的應用
臭氧可使污水中的污染物氧化分解,常用語降低BOD、COD,脫色、除臭、除味,殺菌、殺藻,除鐵、錳、氰、酚等。
臭氧用于消毒過濾飲用水時,投量不大于1mg/L,接觸時間不大于15min,且不受水中氨氮含量和pH值的影響。用于城市生活污水二級處理后的深度處理,臭氧投量一般為10~20mg/L,接觸時間為5~20min。處理效果可達:BOD5降低60%~70%;合成表面活性物質降低90%;致癌物質降低80%。
3、臭氧氧化的優缺點
(1)優點
a、氧化能力強,對除臭、脫色、殺菌、去除有機物和無機物都有顯著效果;
b、處理后污水中的臭氧易分解,不產生二次污染;
c、制備臭氧用的空氣不必貯存和運輸,操作管理也較方便;
d、處理過程中一般不產生污泥。
(2)缺點
a、造價高;
b、處理成本高。

 
二、臭氧發生器及解除反應設備
1、臭氧發生的原理及方法
目前臭氧的制備方法有無聲放電法、放射法、紫外線輻射法、等離子射流法和電解法等。水處理中常用的是無聲放電法。
2、臭氧發生器
臭氧發生器通常由多組放電發生單元組成,有管式和板式兩類。管式有立管式和臥管式兩種;板式也有奧托板式和勞澤板式兩種。目前生產上使用較為廣泛的是管式。用無聲放電法制備臭氧的理論電耗為0.95kWh/kgO3,而實際電耗要大得多。單位電耗的臭氧產率,實際值僅為理論值的10%左右,其余能量均變為熱能,使電極溫度升高。為了保證臭氧發生器正常工作和抑制臭氧熱分解,必須對電極進行冷卻。通常用水冷和空冷兩種方式,管式發生器常用水冷,勞澤板式發生器常用空冷。
3、臭氧接觸反應設備
應根據臭氧分子在水中的擴散速率和與污染物的反應速率來選擇接觸反應設備的型式。臭氧注入水中后,水為吸收劑,臭氧我吸收質,在氣液兩相間進行傳質,同時臭氧與水中的雜質進行氧化反應,因此屬于化學吸收,它不僅與相間的傳質速率有關,還與化學反應速率有關。臭氧與水中雜質的化學反應有快有慢。水中的雜質,如酚、氰、親水性染料、細菌、鐵、錳、硫化氫、亞硝酸鹽等與臭氧的化學反應很快,這時吸收速率受傳質速率控制;水中雜質,如COD、BOD、飽和脂肪族化合物、合成表面活性劑(ABS)、氨氮等與臭氧的反應很慢,其吸收速率受化反應速率控制。應根據臭氧處理的對象選用不同的接觸反應設備。
根據臭氧化空氣與水的接觸方式,臭氧接觸反應設備分為氣泡式、水膜式和水滴式三類。
(1)氣泡式臭氧接觸反應器    氣泡式反應器是一種用于受化學反應控制的氣液接觸反應設備,是我國目前水處理中應用最多的一種。實踐表明,氣泡越小,氣液的接觸面積越大,但對液體的攪動越小。應通過試驗確定最佳的氣泡尺寸。
根據氣泡式反應器內產生氣泡裝置的不同,氣泡式反應器可分為多孔擴散式、表面曝氣式和踏板式三種。
a、多孔擴散式反應器    臭氧化空氣通過設在反應器底部的多孔擴散裝置分散成微小氣泡后進入水中。多孔擴散裝置有穿孔管、穿孔板和微孔濾板等。根據氣和水的流動方向不同又可分為同向流和異向流兩種。
b、表面曝氣式反應器    在反應器內安裝曝氣葉輪。臭氧化空氣沿液面流動,高速旋轉的葉輪使水劇烈攪動而卷入臭氧化空氣,氣液界面不斷更新,使臭氧溶于水中。這種反應器適用于加注臭氧量較低的場合,缺點是能耗較大。

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