臭氧的性质
臭氧是一种不稳定的气体,沸点-112°C的大气条件。它的分子量是48。臭氧是部分溶于水(约20倍溶氧),和有一个特点渗透的气味,很容易检测到浓度低至0.01 - 0.05 ppm。臭氧是目前最强大的氧化剂可用于污水处理。商业代设备生成臭氧的浓度在空气中1%到3%(即氧含量2%到6%)。臭氧在水中是不稳定的,然而,它在空气中更稳定,尤其是在凉爽,干燥的空气。臭氧作为一种强氧化剂,与各种各样的有机反应。臭氧氧化苯酚和草酸的乙酸酸。它氧化trihalomethane (THM)化合物在一定程度上合适的pH值范围内,减少他们的浓度空气剥离。三卤甲烷也被臭氧氧化在紫外线的存在。臭氧氧化的不一样导致形成三卤甲烷氯化。臭氧和紫外线破坏DDT,马拉松和其他杀虫剂。然而,高剂量和延长接触时间通常不会遇到饮用水处理是必要的。以臭氧处理有机物质通常比开始更可生物降解和吸收性,未氧化的物质。当臭氧化采用对饮用作为最后的治疗步骤吗水系统在水中含有相当浓度的溶解有机物、细菌再生分布系统可能发生的。因此,臭氧化通常不是作为最后的治疗步骤而是其次是粒状活性炭过滤和有时的残余消毒剂。腐殖质材料三卤甲烷的前兆。可以通过臭氧化氧化腐殖质物质。在适当的条件下显著减少时,即可实现三卤甲烷形成臭氧应用氯化前一步。由于臭氧的不稳定性,它能够产生一系列的瞬时反应接触时可氧化的化合物。是一个例子。
03 H20 I2 + 2 + 2 + 2 ki + koh
在这个反应,碘与碘化钾溶液中解放出来。这个反应可以用来评估臭氧空气或水的数量。决心在空气或氧气,测量体积的气体是通过一个包含碘化钾溶液洗瓶。在降低pH值与酸,用硫代硫酸钠滴定,用淀粉溶液作为指标。有一个类似的过程来确定臭氧在水中。一个典型的臭氧处理装置包括三个基本子系统:feedgas准备;臭氧生成;和臭氧/水接触。商业、臭氧是由生产高压电晕放电在净化含氧feedgas。然后联系了臭氧水和废水; the treated effluent is discharged and the feedgas is recycled or discharged. Ozone's high reactivity and instability, as well as serious obstacles in producing concentrations in excess of 6 percent, preclude central production and distribution with its associated economies of scale. The requirement for on-site generation and application of ozone must yield a cost-efficient, lowmaintenance operation in order to be useful. The feedgas employed in ozonation systems is either air, oxygen, or oxygen-enhanced air. The particular selection of feedgas for each application is based on economics and depends on several factors: total quantity of ozone required; desired concentration of ozone in the feedgas; and fate (recycle or discharge) of the feedgas. For a given ozone generator with a specified power input and gas flow, two to three times as much ozone may be generated from oxygen as from air. The maximum concentration economically produced from air is about 2 percent, while that generated from pure oxygen is approximately 6 percent.
更高浓度的臭氧的使用提供了两个优点:每磅的资本和运营成本大大降低,产生的臭氧,臭氧的浓度梯度更大的传质提供了联系的步骤中,收益率ozone-utilization效率增加。然而,这些优势,必须加以权衡增加氧气的生产成本。空气通常使用这些应用程序需要少于50磅/天的低浓度臭氧。如果空气原料气,它必须干燥,冷却减少腐蚀性硝酸积累和氮氧化物发生时的副产品露点高于40°C。
放电产生的臭氧可能在一个含氧feedgas使用紫外线或光化学作用。对于大型应用程序而言,只有实际的放电方法由于使用紫外线能量产生只容量低浓度臭氧。
在放电(或电晕)方法,交流电是强加在放电间隙电压5至25 kV和一部分氧气转化为臭氧。一双大面积电极分离介质(1 - 3毫米厚度)和一个气隙(约3毫米),如图6所示。虽然标准频率50或60周期充足,也用频率高达1000次。
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- 图6。臭氧发生器的基本配置。
只有约10%的输入能量有效地用于生产臭氧。低效率产生的热量主要来自生产,在较小程度上,从光线和声音。由于臭氧分解是高度依赖于温度,高效散热技术的正确操作发电机至关重要。
臭氧生成机制是流浪的励磁和加速电子在高压领域。交流电使电子首先被吸引到一个电极,然后另一个。随着电子获得足够的速度,他们变得能够把一些02分子分解为自由基氧原子。这些原子可能会结合with02molecules 03。在最佳操作条件下(有效的排热和适当的feedgas流),臭氧的产生电晕放电发电机由以下关系,展示设计中要考虑这些因素,Y / =电极表面单位面积上的臭氧产量
以下要求将促进臭氧产生的优化:
压力/差距应该构建组合可以保持相对较低的电压,同时保持合理的操作压力。低电压保护介质和电极表面。操作10 -15磅每平方英寸的压力计(psig)适用于许多废物处理使用。^为高收益效率,一层薄薄的应该使用高介电常数的介质。玻璃是最实用的材料。高介电强度需要减少穿刺,而最小厚度最大化产量和促进热量
和减少维护问题和延长设备寿命,应该使用高频交流电。高频介质危害较小
&排热应该尽可能的高效。
臭氧发生器的基本配置图6和图7所示。3个设计是奥托板、管、鲁泽盘子。这些发电机的效率最低是奥托板,在世纪之交的发展。管和鲁泽板单元包括现代的材料和设计创新。鲁泽板生成器是最有效的配置在很大程度上归因于优势排热。除了臭氧产量、臭氧的浓度是一项重要的考虑。臭氧浓度从发电机通常是由调整原料气的流量和/或电压电极。
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- 奥托平板型发电机组水冷式不锈钢
鲁泽板发电机组
图7。类型的臭氧发生器。
鲁泽板发电机组
图7。类型的臭氧发生器。
接触器的设计是非常重要的,为了最大化ozone-transfer效率和治疗的净成本降到最低。高效的臭氧利用率的三个主要障碍是臭氧在水中溶解度较低,低浓度和数量的臭氧产生臭氧发生器,臭氧的不稳定性。几个联系目前使用设备包括正压喷油器,扩散器,文丘里单位。特定的联系系统必须设计为每个不同的臭氧在废水中的应用。在这一领域进一步发展的需要做气液接触,尽管它的重要性在废物处理应用程序。为了定义适当的接触器,应该指定如下:
^客观:消毒生化需氧量(BOD)或化学需氧量(COD)减少到一个特定的水平,跟踪耐火有机物氧化,等等。
^相对利率的竞争反应:化学氧化、溶解细菌分解臭氧水解决方案,等等。^臭氧传质速率成解决方案。
^废水水质特点:总悬浮固体、有机负荷,等等。
^操作系统的压力。^臭氧浓度利用。
联系系统本身的其他因素包括接触器类型(例如,填充床,喷雾列);接触器的数量和配置阶段;点的气液接触,是否平行或混合逆流;和所使用的建筑材料。很明显,设计一个臭氧化系统,即使是一个相对简单的应用程序需要一个深入了解的众多因素为了使用声音工程方法和优化技术。
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