臭氧发生器选用技术指南设计.pdf
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1、-臭臭 氧氧 发发 生生 器器选选 用用 技技 术术 指指 南南目目录录第一局部第一局部臭氧根底知识臭氧根底知识第二局部第二局部臭氧的用途臭氧的用途第三局部第三局部臭氧发生器系统臭氧发生器系统第四局部第四局部臭氧发生器气源系统臭氧发生器气源系统第五局部第五局部臭氧发生器数据采集和控制系统臭氧发生器数据采集和控制系统第六局部第六局部臭氧发生器冷却系统臭氧发生器冷却系统第七局部第七局部臭氧发生器投加系统臭氧发生器投加系统第八局部第八局部臭氧发生器臭氧分解系统臭氧发生器臭氧分解系统第九局部第九局部臭氧发生器系统的安装调试臭氧发生器系统的安装调试第一局部第一局部臭氧根底知识臭氧根底知识一、臭氧的简介臭
2、氧的分子式为 O3,是氧气O2的同素异性体。臭氧分子是由三个氧原子组成,其中一个氧原子与另外两个氧原子以单键的形式相连接,这种单键不稳定,断裂后生成一个单原子氧和一个氧气分子,其中单原子氧具有极强的氧化能力,所以决定了臭氧的性质极为活泼、易分解、氧化能力强的特点。二、臭氧的物理性质臭氧是一种具有腥臭气味的不稳定气体,臭氧与氧气的主要物理性质比照见表1-1。表 1-1 氧气和臭氧的主要性质分子式氧气O2.z.臭氧O3-分子量一般情况下的形态气味气体颜色液体颜色1 个大气压,0时的溶解度mg/L1 个大气压,0时的密度g/L稳定性以空气为基准时的密度32气态无无色淡蓝色49.11.429稳定1.1
3、0348气态腥臭味淡蓝色暗蓝色6402.144易分解1.658由上表不难看出,与氧气比较,臭氧比重大、有腥臭味、较氧气易溶于水。三、臭氧的化学性质臭氧的强氧化性使臭氧可迅速灭菌消毒,臭氧的强氧化性取决于臭氧有高的氧化复原电位,表 1-2 列出常见的消毒物质复原电位与臭氧的比较。表 1-2 氧化复原电位比较名称氟臭氧过氧化氢高锰酸钾二氧化氯氯气2O33O2285kJ由于分解时放出大量热量,故当其含量在 25%以上时,如急剧压缩,容易爆炸。但一般臭氧化空气中臭氧的含量很难超过 10%,在臭氧应用较长历史过程中,还没有一例臭氧爆炸的事例。含量为 1%以下的臭氧,在常温常压的空气中分解半衰期为16h
4、左右。随着温度的升高,分解速度加快,温度超过 100时,分解非常剧烈,到达 270高温时,可立即转化为氧气。臭氧在水中的分解速度比空气中快的多。在含有杂质的水溶液中臭氧迅速回复到形成它的氧气。 如水中臭氧浓度为 6.2510-5 mol/L(3mg/l)时, 其半衰期为 530min,但在纯水中分解速度较慢,如在蒸馏水或自来水中的半衰期大约是 20min20,然而在二次蒸馏水中,经过85min 后臭氧分解只有 10%,假设水温接近0时,臭氧会变得更加稳定。分子式F2O3H2O2KMnO4ClO2Cl2氧化复原电位mV2.872.071.781.671.501.361臭氧的化学性质极不稳定,在空
5、气和水中都会慢慢分解成氧气,其反响式为:.z.-臭氧在水中的分解速度随水温和 PH 值的提高而加快,图1-3 为 PH=7 时,水温和分解速度的关系,以下列图为 20,PH 和分解速度的关系。2臭氧的氧化能力臭氧得氧化能力极强,其氧化复原电位仅次于 F2,在其应用中主要用这一特性。从表 1-3 中看出。从表 1-3 可知,臭氧的标准电极电位除比氟低之外,比氧、氯、二氧化氯及高锰酸钾等氧化剂都高。说明臭氧是常用氧化剂中氧化能力最强的。同时,臭氧反响后的生成物是氧气,所以臭氧是高效的无二次污染的氧化剂。表 1-3 氧化复原电位比较名称氟臭氧过氧化氢高锰酸钾分子式F2O3H2O2MnO4-标准电极电
6、位/mv2.872.071.781.67名称二氧化氯氯氧分子式ClO2Cl2O2标准电极电位/mv1.501.361.233臭氧的氧化反响a、与无机物的氧化反响臭氧与亚铁的反响3Fe2 2O3 3Fe3+3O2臭氧与 Mn2+的反响Mn2+O3H2OMnO22HO2易Mn2+O3H2OMnO4-2H难臭氧与硫化物的反响H2SO3SO2H2O3H2S4O33H2SO4臭氧与硫氰化物的反响S2O32OHSO322O2H2OSO322O3OSO422O2臭氧与氰化物的反响O3OO2O2HH2OCO2NH4NH4ONH2CONH2.z.-NH2CONH2+O3N2+CO2+2H2O总反响为:22HH2
7、O+3O3N2+2O2+2H2CO3臭氧与氯的反响3Cl2+6O32ClO2+2ClO7b、臭氧与有机物的反响臭氧在水溶液中与有机物的反响极其复杂,下面仅以大家公认的几种反响式列出以供参考。1臭氧与烯烃类化合物的反响: 臭氧容易与具有双链的烯烃化合物发生反响,反响历程描述如下:、OCH3OCCH3 等基。反响的最终产物可能是单体的、聚合的、OOH式中 G 代表 OH、R2C=CR2 + O3R2C+ R2C=O或交织的臭氧化物的混合体。臭氧化物分解成醛和酸。G2臭氧和芳香族化合物的反响: 臭氧和芳香族化合物的反响较慢,在系列苯萘菲嵌二萘蒽中,其反响速度常数逐渐增大。其反响如下:OHH2OOOO
8、OHOHHOHCOHO3COOHCOOH3对核蛋白氨基酸系的反响OOHC= =OHCOHCO+COOHCOOH+ O C3OOHCOHC3R2SOC= =OOOHR2S + O+-R3N + O3HR3H + OOOHOHOHO4对有机氨的氧化丁酸+OO (O )3P + O3(丁醛O ) + P臭氧在以下混合物的氧化顺序为:OOHOH+ O3OO3链烯烃胺酚多环芳香烃醇醛链烷烃三苯磷酸盐OHR2NCHR + O3c、臭氧的毒性和腐蚀性RNOHRN=OCHRRNOR2N等症。其毒性与浓度和接触时间有关,例如长期接触 4ppm 以下的臭氧会引起永久性心脏障碍,但接触 20ppm 以下的臭氧不超过
9、 2h,对人体无永久性危害。因此,臭氧浓度的允许值定为 0.1ppm,接触时间小于 8h。由于臭氧的臭味很浓,浓度为 0.1ppm 时,臭氧属于有害气体,对眼、鼻、喉有刺激的感觉,出现头疼及呼吸器官局部麻痹H氨基醇羟氨硝基化合物OHH人们就明显感觉到并及时采取措施。世界上使用臭氧已有一百多年的历史,至今也没有发现一例因臭氧中毒而导致死亡的报道,相对于氯气、甲醛、二氧化碳等气体,臭氧属于比较平安的气体。R2NCH2R + O3R2NC=O + RCOH臭氧具有很强的氧化性,除了金和铂外,臭氧化空气几乎对所有的金属都有腐蚀O作用。铝、锌、铅与臭氧接触会被强烈氧化,但含铬铁合金根本上不受臭氧腐蚀。基
10、氨基醇氨基醛有机酸.z.-于这一点,生产上常使用含 25%Cr 的铬铁合金不锈钢来制造臭氧发生设备和加注设备中与臭氧直接接触的部件。臭氧对非金属材料也有了强烈的腐蚀作用,即使在别处使用得相当稳定得聚氯乙烯塑料滤板等,在臭氧加注设备中使用不久便见疏松、开裂和穿孔。在臭氧发生设备和计量设备中,不能用普通橡胶作密封材料,必须采用耐腐蚀能力强的硅橡胶或耐酸橡胶等。第二局部第二局部臭氧的用途臭氧的用途臭氧以其强氧化性,且在与氧气的转化过程中没有二次污染物产生,这是臭氧用于环保、食品加工、医疗等领域最大的优越性。随着近年来臭氧应用技术的不断开展,其应用领域越来越广泛,在自来水处理、啤酒饮料用水杀菌、食品加
11、工用水处理、化工废水处理、染料废水处理、回用水处理、精细化工、香料合成、空气杀菌除臭、医疗等领域已具有成熟的应用经历。给水目前,臭氧已在饮用水处理、污水处理、空气净化、化工氧化、纸浆漂白、食品精细化工排水加工、医疗与家庭等多个领域得到广泛应用,其应用规模、应用深度与产品规格都到纸浆漂白印染废水达空前水平,我国近年臭氧应用开展较快的是自来水厂、制药工业和食品加工业。COD去除氨氮、脱色氧化人工合成臭氧的装置统称为臭氧发生器,其设计与制造技术涉及国民经济多个技自来水去铁香料生产术行业,臭氧系统的可靠运行需要其它行业技术研发和技术进步给予支撑。1根底介绍臭氧发生器主要由两个局部组成:一局部是一个包含
12、有放电体的容器,通常被称为臭氧放电室;另一局部是一套为臭氧放电室提供高压电源的电源系统,通常被称为臭氧电源或供电单元PSU 。第三局部第三局部臭氧发生器系统臭氧发生器系统臭氧:臭氧:O O3 3由三个氧原子组成给水排水构成臭氧发生器的根本局部的定义如下:仅次于氟的氧化性杀菌游泳池1.1 臭氧发生单元 ozone generation unit水族馆比氯还强的杀菌力组成产生臭氧的最根本元件。饮料用水1.2 臭氧发生装置 ozone generation device无二次公害安装臭氧发生单元的装置,俗称臭氧放电室。1.3 臭氧电源装置 power supply unit除臭污水处理厂畜牧养殖厂牲
13、畜屠宰场厕所将输入电源转化为中频高压电源或高频高压电源的装置,也称为供电单元,使臭氧发生装置形成高压电场。1.4 臭氧发生器 ozone generator产生臭氧所必需的全部装置,包括臭氧发生装置和臭氧电源装置两大局部。.z.-1.5 电极 electrode与具有不同电导率的媒质形成导电交接面的导电局部;在臭氧发生单元中系指分布高压电场的导电体。1.6 介质管板 dielectric tube (plate)其由根本电磁场性能是受电场作用而极化的物质所构成的零、部件;在臭氧发生单元中系指位于两电极间,造成稳定的辉光放电的绝缘体。1.7 介质强度 dielectric strength材料能
14、承受而不致遭到破坏的最高电场强度。1.8 电晕放电 corona discharge气体击穿后,出现极间电压减小的现象,并同时在电极周围出现昏暗辉光,称为电晕放电。1.9 辉光放电 glow discharge当电场强度超过*值时,以发光表现出来的气体中电传导现象,此时辉光扩展到两电极之间的整个放电空间,没有大的嘶声或噪声,也没有显著的发热或电极的蒸发。2分类及*臭氧类型标记2.1 分类2.1.1 臭氧发生器按其根本臭氧发生单元的安装方式可分为:a) 臭氧发生单元水平安置为卧式。b) 臭氧发生单元竖直安置为立式。2.1.2 臭氧发生器按其工作频率可分为:a) 工作频率在50Hz之间的称为工频臭
15、氧发生器b) 工作频率在501000Hz之间的一般从400Hz开场,含1000Hz称为中频臭氧发生器c) 工作频率在1000Hz以上的称为高频臭氧发生器。2.2 臭氧发生器规格系列的划分可采用单位时间臭氧的生产能力来表示,根本单位为 g/h,大型机单位为 kg/h。2.3 *臭氧类型标记*实业*公司/*臭氧装备企业标准 Q/02 GLG0012006臭氧发生器规定臭氧发生器型号标记主要按单位时间臭氧的生产能力来表示,具体规定如下:CF- G - 臭氧产量单位,g 表示克/小时,Kg 表示千克/小时.z.-臭氧产量数值2 表示中频,3 表示高频管式臭氧发生器例如:每小时产生 500g 臭氧的中频
16、管式臭氧发生器标记为:CF-G-2-500g。3臭氧发生器设计、制造和检验标准3.1 臭氧发生器设计、制造标准臭氧发生器严格按照以下标准设计制造:3.1.1 中华人民国城镇建立行业标准 CJ/T3028.1-1994臭氧发生器,臭氧发生器到达优级品;3.1.2 环境保护总局中国环境保护产品认定技术条件 HJ/T264-2006臭氧发生器;3.1.3 *实业*公司企业标准 Q/02 GLG0012006臭氧发生器。3.2 臭氧发生器检验标准3.2.1 中华人民国城镇建立行业标准 CJ/T3028.2-1994臭氧发生器臭氧浓度、产量、电耗的测量;3.2.2 *实业*公司企业标准 Q/02 GLG
17、0012006臭氧发生器。注意:我国有关臭氧发生器的标准目前有四个:建立部 CJ/T3028.1/2-94 臭氧发生器/臭氧发生器臭氧浓度、 产量、 电耗的测量;环保总局 HJ/T264-2006 臭氧发生器;原医药管理局 YY0215.2-95 臭氧消毒柜平安、消毒效果通用技术条件;中国轻工总会 QB/T2233-96 家用食具消毒柜臭氧型为其中一局部 。其中,标准起草时间较早,其适用围、产品分类、技术要求与臭氧浓度测定、产量计算等方面容都难于适用于当前技术产品;标准是修改替代原 HCRJ058-1999 标准,原标准起草时是从照顾新开展的多种类型发生器出发,靠近建立部CJ/T3028 标准
18、为原则制定的,现标准改动不大,反而增加以冷却方式作为产品等级评价标准,有失标准的公正性,似有商业色彩;标准与为专用臭氧设备的标准,本资料不涉及。4臭氧发生器设计运行条件臭氧发生器按室安装要求设计,使用方应确保设备在设计条件围运行。4.1 温度臭氧发生器设计环境温度围为 040。4.2 湿度.z.-臭氧发生器设计相对湿度90%。4.3 冷却水臭氧发生装置以水为冷却剂,冷却水温度以 15-20为宜,一般要求不高于 28。冷却水温度32时,臭氧发生器能连续工作运行,但 30冷却水的臭氧产量比 15下的额定产量要低 1020%。冷却水须保证较高的水质,一般要求浑浊度不超过10 度NTU ,硬度不大于4
19、50mg/L,氯化物不大于 150mg/L,COD 不大于 100mg/L,悬浮物不大于 10mg/L 并不能在容器造成沉积,这对臭氧发生器长期连续运行有好处。根据现场条件,臭氧发生器的冷却水因地制宜采用开路或闭路循环,或回流到水处理系统工艺中的方式;根据水质特点,采取适当的防结垢、防有机物沉积等措施。4.4 大气压臭氧发生器按标准大气压设计,即大气压为 101.3KPa,大气压的变化对臭氧发生器正常工作根本无影响,但高海拔地区使用臭氧发生器时应注意大气压变化对臭氧浓度检测带来的影响进展压力修正,空气压缩机选型时应考虑大气压变化对实际排气量的影响。4.5 气源用于臭氧产生的气体必须是氧气或含有
20、氧气的气体,气体中应该尽可能不含有水分、灰尘、油、碳氢化合物烃和氢之类的杂质。所有这些杂质都会对臭氧形成过程产生不良影响,并可能对设备产生严重的损坏。供应臭氧发生器的原料气体品质指标要到达如下要求:4.5.1 含水量:要求气源露点低于-45,最好能低于-55;4.5.2 含油量:要求含油量低于 0.01mg/m3(21),最好能低于 0.003mg/m3(21);4.5.3 杂质颗粒度:要杂质颗粒小于 1m,最好能小于 0.01m;4.5.4 温度:一般要求温度不高于 25;4.5.5 压力:要求有一定的压力,一般要求 0.1MPa 以上,以保证臭氧发生器稳定工作并满足后级臭氧气体输送及投加的
21、需要。4.6 电源条件臭氧发生器使用 380V/3ph/50Hz 电源,允许电压波动围为5%。5臭氧发生器技术参数臭氧发生器技术参数见下表:项 目输入电源工作电压4.5kV指 标380V/3ph/50Hz项 目臭氧浓度分 类氧气源空气源指 标80 mg/L 120mg/L20 mg/L 35mg/L.z.-工作频率气源露点进气温度工作压力800 Hz 1500Hz-4520左右0.05MPa0.15MPa进气流量氧气源空气源氧气源空气源氧气源空气源10Nm3/h kgO312Nm3/h kgO335Nm3/h kgO350Nm3/h kgO38 kW/kgO310kW/kgO314.5 kW/
22、kgO 17kW/kgO31.7 T/hkgO32T/hkgO33 T/hkgO34T/hkgO3功耗冷却水流量冷却水温度28以下冷却水温升346臭氧发生器性能指标试验臭氧浓度、产量、电耗的测量详见 CJ/T3028.2-1994臭氧发生器臭氧浓度、产量、电耗的测量,本章节仅做一下简要介绍,并就一些问题提请操作者注意和探讨。6.1 臭氧浓度臭氧浓度可用国标碘量化学法,也可使用紫外吸收仪器法。6.1.1 碘量化学法臭氧 O3作为氧化剂通过与 KI 反响生成游离 I2显色,再用硫代硫酸钠 Na2S2O3标准液滴定产生反响至无色,符合 1molO3:2molNa2S2O3的定量关系。其计算公式为:C
23、o3ANaB24000/Vomg/L式中CO3臭氧浓度mg/LANaNa2S2O3标准液用量mLB Na2S2O3标准液浓度 molVo臭氧气体采样体积 mL操作方法详见 CJ/T3028.2-1994。说明 :1Na2S2O3标准液浓度在测定标准型发生器时Co310mg/L一般用 0.10mol。在用于测定低浓度臭氧时Co31mg/L ,应选用 0.01mol,否则滴定量太少,降低测定精度。2臭氧气体采样体积 Vo 是一个重要参量。用的湿式流量计煤气表由于腐蚀增加转轮摩擦阻力,显示数值会比实际气量小,计算的Co3偏高。当使用转子流量计包括大气采样器计量 Vo 时会由于其精度低而失准。这个问题
24、出现的很多。臭氧协会推荐使用皂膜流量计计量 Vo 或用皂膜流量计校准湿式流量计和转子流量计。3作为标准型发生器测定臭氧浓度时要换算到标准状况STP 。在高浓度10mg/L时应应用两个采样瓶串联,以保证测定准确。6.1.2 紫外吸收仪器测定.z.-为 253.7nm 的紫外光对臭氧具有最大吸收值并符合比尔朗伯定律, 利用其特性原理研制的紫外吸收臭氧浓度分析仪具有很高的精度和稳定性,其数字显示并可记录数据,使用方便。美国环保局EPA和德国标准DIN19627-1993都认定其符合臭氧浓度检测要求的仪器。生产的国产臭氧检测仪已生产使用多年,该仪器有不同的浓度量程规格供使用选择。值得提醒的是,紫外吸收
25、检测仪也是由碘量化学法作标定校准的。利用紫外仪器作臭氧设备鉴定检测时,应预先进展校准检验。6.2 臭氧产量6.2.1 方法原理概要:臭氧浓度数值与进入臭氧发生器总气体量数值的乘积即为产量。6.2.2 气体转子流量计工业级6.2.3 气体流量的修正计算:流量计使用时被测气体的温度、压力,往往与流量计分度标定时有所不同。因此,使用时读数的流量显示值,常常不是流经流量计气体的真实反映,必须予以修正。其公式如下:Qn =(PsTn/PnTs)1/2Qs(m3/h 或 L/h)式中: Qn标准状态下,气体实际流量,m3/h 或 L/h;Qs测量试验状态下,气体在仪表中的显示流量,m3/h 或 L/h;P
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