win2012r2安装sql2012:嘉兴石臼漾水厂 臭氧系统在净水处理中的应用

臭 氧系统在净水处理中的应用
朱 海 涛
(嘉 源 给排 水 有 限 公 司 ，嘉 兴 31 40 00)
摘要 通 过嘉兴石臼漾水厂臭氧系统技术方案的制定、设备采购、安装调试和臭氧系统在水厂三年多的运行，对如何保证臭氧系统运行安全稳定、管理方便、维护经济，就臭氧系统中气源选择、臭氧发生器放电体性能对比、臭氧接触池布气设计、臭氧系统安装及运行维护等问题谈了一些体会。
关键 词 臭氧系统气源系统臭氧发生器臭氧接触尾气处理
随着 水 源 水质的日趋复杂和供水水质的日益提高，自20世纪90年代末以来，我国供水行业引人了以03一BAC为关键技术的深度处理工艺，尤其在经济较为发达的“长三角”、“珠三角”地区得到了较快的发展，臭氧发生设备也随之得以推广应用。
1 臭氧系统的构成
1.1气源系统
臭氧 发 生 系统的原料有两种，分别是空气和氧气，氧气分现场制氧和外购液氧。气源供应方式的不向是影响臭氧处理系统投资和运行成本的主要因素之一。气源选择的主要依据是:
(1) 生 产 单位臭氧所需综合成本比较，包含:电耗、气源(液氧)、设备运行维护、设备投资(或租赁)等费用。
(2 )臭 氧 需求量大小(供水量规模)。
(3) 设 备 运行可靠性和设备运行管理的要求。
一般 认 为 :空气制臭氧方式获得的臭氧浓度较低，一般质量分数为3%(氧气制臭氧方式获得的臭氧质量分数一般在10%)，若要生产等量的臭氧所需的臭氧发生器设备要增加，设备投资大，电耗高，但运行费用较低;购买液氧制臭氧，初期投资最省，但运行费用最高;现场制氧的制臭氧设备投资最高，而运行成本的高低由制氧规模决定，通常认为，制氧规模在8一10 t/d 以上，通过现场制氧方式比较经济，低于这个规模运行成本会高于购买液氧方式。但现在空分技术发展很快，小型工程也开始使用现场制氧技术，并获得了较好的效益，另外，目前市场上有厂商提供现场制氧设备租赁业务，简化了水厂设备运行管理和维护工作。因此，气源的选择需要根据市场对设备投资、运行综合成本等影响来统筹考虑，选择适合自己的方案。
嘉兴 石 臼 漾水厂经过对深度处理中臭氧需求量、臭氧系统投人成本、运行经济性及运行管理等综合平衡后，现阶段采用液氧作为臭氧系统气源。将来，根据市场变化对运行经济性的影响及供水量规模提高等各方面因素，将考虑采用现场制氧以降低运行成本。
如采 用 纯 氧为气源的臭氧发生器一般在纯氧中添加1%一3%的氮气(即空气)，其目的是提高臭氧发生器放电效率及保护放电管并延长放电管寿命。为了确保添加空气的洁净度、露点等达到臭氧发生器正常工作的要求，氮气添加系统一般由无油型压缩机、冷干机、分子筛干燥器(或膜式干燥器)组成。由于臭氧发生器放电管对于油类物质非常敏感，所以在选择空气压缩机时必须选择无油型压缩机。
1.2 臭氧发生器
1.2.1 放电部分
放电 部 分 是整个臭氧发生器的核心，由具有高绝缘能力的特殊玻璃体(或者搪瓷体)放电管和高度耐臭氧腐蚀不锈钢316L罐体接地以高精度微小间隙组合构成。通过放电管与接地之间无声放电实现氧气(或空气)向臭氧气体的转变。因此放电管的制造精度和材质会直接影响臭氧发生的效率和放电管的寿命。
目前 主 流 的臭氧发生器较多采用玻璃放电体和搪瓷放电体，两者各有千秋。例如搪瓷放电体具有运输方便、制造简单的优点，但其具有材质不够均匀，对气源要求高(对于气体过滤或气源要求比较高)，易出现放电击穿等缺点;而玻璃放电体具有材质均匀、绝缘稳定等优点，但是其制造工艺复杂，运输吊装相对麻烦。
1.2.2 电源/控制装置
电源 / 控 制装置是臭氧发生器供电单元和发生器运行中设备各环节的控制设施。电源装置中最为重要的设备是高频电流型变频器(IGBT)。从理论上来说，臭氧发生器放电的频率越高，单位面积内放电体消耗的电能越多、臭氧发生器的体积越小，从而使价格有可能更便宜。但是过高的电源频率会导致放电管温度升高，绝缘下降，同时过高的温度也会导致臭氧发生效率下降，更为严重的是高频所带来的高频噪音。因此，IGBT的使用为均衡以上各方面因素，为控制较为合理的工作频率提供了可能，一般电源装置被调校在1一2kHz系统 采 用 PLC控制，与臭氧设备配套的仪表和探头必须能够耐高浓度臭氧腐蚀，达到一定的精度，能给臭氧系统PLC提供正确的参数，使其根据程序正确控制臭氧发生器的发生量，达到最佳的效率。目前PLC程序控制技术已非常成熟，整个臭氧系统监测仪表、各控制阀门及各种传感器等诸多器件的稳定运行对控制系统至关重要。
1.2.3 冷却水系统
冷却 水 系 统的作用是带走臭氧发生器工作时产生的热量，使臭氧设备保持高效稳定的工作状态。臭氧发生过程中会产生大量的热量，使气体温度升高，而温度升高会降低臭氧发生率。国内大部分地区夏季温度长时间达到35 ℃以上，甚至很多地区夏季最高气温已经突破39℃，有数据表明当冷却水温度超过30 ℃时，温度相差1℃，臭氧发生量相差10%一15%。因此，选用合理的冷却水系统，能保证臭氧发生器内部良好的温度环境，提高其工作效率。
目前 ， 臭 氧冷却水系统的方式主要有两种:直接冷却和间接冷却。直接冷却是使用出厂水作为冷却水与臭氧发生器直接接触带走发生器内部热量的方式;间接冷却是在臭氧发生器设备中设置热交换器和闭环冷却水系统，热量由外部冷却水体流经热交换器带走，闭环冷却水系统内使用纯度极高且不易腐蚀发生器罐体的去离子水，外部冷却水使用水厂出厂水。选用何种冷却方式，主要由出厂水水质决定，一般当出厂水中氯离子含量小于50mg/L时，可用其为冷却水，选择直接冷却方式，大于50mg/L的采用间接冷却。
根据 设 备 厂家的资料，如果选用直接冷却方式，采用水质并不理想的出厂水直接作为冷却水，可能会使管道中所携带的杂质和锈蚀在1一2a之内侵蚀臭氧发生器本体。而如果采用经过去离子处理后的蒸馏水作为内循环水，出厂水经由热交换器对内部循环水进行间接冷却的话，每隔3a更换一次，就能够保证臭氧发生器本体10一15a不生锈，臭氧发生器本体的轻微锈蚀也能被去离子水带走，大幅度减少维护保养的工作量。由于目前大容量的臭氧发生器主要采用进口设备，考虑到降低设备保养的难度，避免水体与发生器直接长时间接触腐蚀发生器罐体的可能，宜选用间接冷却方式。如果冷却系统能够将电气部分的冷却毛细管组合起来，那样则可以省略电源控制柜的冷却水系统。
1.3 布气系统
(1) 在 前 (预)臭氧氧化接触系统中，通过射流扩散+静态混合器系统使臭氧气体与原水强烈混合。前加系统中设备主要有水射器、增压水泵、配套管道和阀门、气体管路回水报警联动装置等。在前加系统中，对气体管路中可能发生的回水现象必须重视，应在前加系统设计中给予充分考虑。
(2) 在 后 (主)臭氧氧化接触系统中，通过布气盘(或高处布气管)方式使臭氧气体投加到水体中。布气盘(或布气管)安装在臭氧接触池底上方约lm，一般分二到三阶段布气，有效水深一般不小于6m(布气盘至运行水面)，接触时间一般不小于10min。在布气量较大的场合适合使用布气管方式布气，例如空气源臭氧发生器，产臭氧浓度低、气量大。在布气量较小的场合适合使用布气盘方式布气，例如氧气源臭氧发生器，产臭氧浓度高、气量较小。在对布气盘规格和数量的选择上应充分考虑布气面积，布气面积越大，气体接触面也越大，臭氧的吸收率越高。
1.4 尾气破坏
臭氧 接 触 池内通常有一定量的剩余臭氧排出，因此，必须对接触池内排出的尾气进行处理，使尾气臭氧<0.lmg/L。常用的尾气破坏方法有:加热催化法和高温加热法。
(1) 加 热 催化法。将尾气加热至40~50℃，利用催化剂对臭氧尾气进行分解破坏，催化剂为MnO2加热催化法的优点是设备投资和运行能耗低;缺点是处理尾气中如含硫化物、卤素等杂质会导致催化剂中毒失效。(2) 高 温 加热法。臭氧加热至350℃时，在2s内可100%分解。高温加热法就是对臭氧尾气高温加热分解。高温加热法优点是原理简单、设备稳定;缺点是设备投资和运行能耗高。据了解，一般在污水处理行业选用较多。
给水 厂 不 受水质限制，考虑到设备投资和运行能耗，一般采用加热催化法。石臼漾水厂使用加热催化尾气破坏已近三年，催化剂没有更换过，目前运行仍非常稳定。
2 臭氧系统应用中需注意的几个问题
2.1 臭氧系统设计
在设 计 阶 段，就应当根据水厂的实际情况(包括水质、水量以及气候等)进行整体规划。确定气源、投加量、投加点、接触时间等影响投资成本、经济性、使用效率的参数，由此确定工艺流程，选用适宜的发生器。
根据 臭 氧 投加量和每小时水处理量计算每小时臭氧需求量，选择合适产量的发生器。应考虑冷却水温度对发生量的影响，在选型时需放一定的余量。
根据 水 源 水质选择投加方式，一般采用常规水处理后加臭氧，水源水质较差时采用在取水头部加臭氧和后加臭氧联合使用方式。
2.2 臭氧接触池设计及土建中的注意点
(1) 接 触 池运行中，由于进(出)水量变化和特殊情况时的水量突变，接触池内产生正(负)压，会影响接触池土建结构安全。因此，必须在池顶设计安装适合口径的双向透气阀，平衡池内压力。因池内正压导致阀门泄压时，排出气体中会含有大量余臭氧，必须注意双向透气阀安装高度，确保人身、环境安全。
(2) 接 触 池内壁水泥保护层不小于4cm，池内不能露钢筋和有施工缝，池内各区间上部通气孔设计成长条型，使倒挂墙和顶板不连接，可避免因连接产生的施工缝。
(3) 接 触 池内布气各区间大小设计要考虑到水和气的相对速度对臭氧混合吸收的影响，可参考国外设计经验。
(4) 有 条 件的可设计安装观察窗，便于观察布气情况。
2.3 材料要求
不锈 钢 31 6L材料在国内采购价格和采购途径比较复杂，对于产品质量和加工方面还存在一定问题。有些国外厂家也采取了一些措施降低整体成本进行材料测试，根据国外厂商介绍，干燥状态下臭氧气体的腐蚀性并不太强，通常不锈钢304足以应对，而潮湿的臭氧气体则具有非常强的腐蚀性，故必须采用不锈钢316L。笔者参观了一些国外水厂，在冷却水方面较多地采用PTEE材料的复合管材，臭氧发生器本体采用不锈钢316L材料，气源及干燥臭氧气体采用不锈钢304材料管材，而在接触池中采用不锈钢一316L的选材方案。
2.4 臭氧系统安装
现场 安 装 工作是影响日后深度处理系统能否成功运行的最根本因素之一。由于臭氧是一种强腐蚀气体，它的氧化性在自然界中仅次于氟。当环境中臭氧>10Omg/L会对人体造成不可恢复的危害，所以安装质量不仅影响系统的成功运行，同时也对工作环境及人身安全有着极其重要的影响。
臭氧 系 统 安装应注意:
(1) 目 前 水厂规模基本都在10万m3/d 以上，所采用的臭氧发生器的单台发生量往往在10kg/h以上，所以必须考虑设备的运输吊装以及定位工作。
(2) 管 道 工程的安装必须按照管道图纸进行。管道与阀门必须用适当支座加以固定，支座数量充足，强度要足够。
(3) 加 工 安装管道时，必须要保证有一个清洁的管道系统，不受到油、脂、尘粒等污染。加工好的管件在其两端必须堵上，然后存放在一个干燥而又清洁的地方;安装好的管路也必须在其敞开的端头一直加以保护，以免脏物和碎片进入。
(4) 阀 门 和仪表在打开包装后马上进行安装，这点对那些己经进行了清洁的精密设备而言，显得尤为重要。
(5) 管 道 上的吸人口及通风进出口要有合适的保护设施，防止雨水，脏物或小鸟、虫子的侵扰。一般的做法是，加用一个防风罩和采用适合于管路的材料制作的丝网。
(6) 必 须 采用惰性焊接法来焊接管线。V形焊缝间隙必须焊得适当，要在焊缝根部面积上有一个平滑的表面。所有焊缝都应进行无损探伤，焊缝质量须符合相关标准。
(7) 由 于 氧气和含臭氧的氧气都会产生火险和生命危险，所有的气体管路要求经过压力密封测试。
(8) 后 臭 氧氧化的曝气系统，在安装中应注意臭氧曝气头的安装水平及曝气管安装中的清洁，曝气头的上紧采用固定的力矩板手。
(9) 建 议 在臭氧发生器放电罐进气端安装气体过滤器，这对保护放电管至关重要。
2.5 维护保养方面
由于 臭 氧 发生器是一个非常专业的设备，国外通常采用定期由供应商进行维护保养的方式。但由于费用较高，国内很少会采用这种有偿长期保养的方式。所以在平时使用过程中，定期进行小维护、小保养能够非常有效地延长设备的寿命，可注意以下几点:
(1) 通 过 PLC操作控制柜显示屏定期察看系统各个节点的压力、流量值是否在允许范围。
(2) 定 期 释放空气压缩机、尾气破坏装置的排泄水。
(3) 监 测 臭氧接触池是否处于负压状态。
(4) 定 期 检查尾气破坏装置的加热系统是否正常，定期更换臭氧吸附用触媒等。
(5) 及 时 清洗或更换空气过滤棉。
(6） 定 期 校验监测仪表准确性，及时更换相关器件。
2.6 臭氧发生器工作环境
臭氧 发 生 器是一个非常精密的设备。在安装过程中，重视安装质量，保证设备的水平度，保证管系不裂不漏;在设备使用过程中还必须考虑安装环境的温度、湿度以及通风等问题。保证臭氧发生间良好的温湿度及通风条件，不仅能有效保证人员工作生产环境的安全，也能使臭氧发生器工作在一个最佳状态(合理温、湿度条件)，减少能耗及保养费用。
3 结语
臭氧 发 生 器系统由臭氧发生器、原料空气供给装置(用于氮气添加)、冷却水系统、臭氧投加系统以及电源/控制系统等构成，其涉及电气、流体、热力等各个专业及领域，因此供货商对设备的选型以及集成能力就尤为重要，而整合水平恰是供应商水平的体现。
对于 臭 氧 发生器的核心— 放电管和电源装置，无论保养还是维护都是属于非常专业的工作，因此最好在招标期间对其进行明确的限定和要求，以减少将来实际运行中的损失。
嘉兴 石 臼 漾水厂深度处理系统已运行近三年，水厂生产的连续性决定了臭氧系统必须做到长期稳定运行，除了需要合理科学的运行管理，也是对供应商售后服务水平的考验。