本發(fā)明涉及一種臭氧制備及尾氣循環(huán)利用的系統(tǒng)，尤其涉及一種集臭氧制備、除污處理及除污處理后的尾氣循環(huán)利用于一體的臭氧制備及尾氣循環(huán)利用的系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
臭氧具有很強(qiáng)的氧化能力，且臭氧分解產(chǎn)物為氧氣，不產(chǎn)生二次污染，因此，臭氧作為一種清潔氧化劑，其應(yīng)用也日益受到關(guān)注，已很好地應(yīng)用于廢氣處理、污水處理和廢渣處理領(lǐng)域。以在水處理領(lǐng)域?yàn)槔?，臭氧可用于污水的消毒、除臭、脫色及有機(jī)物去除等。
通常情況下，工業(yè)應(yīng)用的臭氧通常由大型臭氧發(fā)生器制備，高壓電暈放電法是比較普遍采用的制備方法。該臭氧制備方法以氧氣作為原料，存在的不足是制備的臭氧濃度不高；若以氧氣為氣源，產(chǎn)生的臭氧含量約為10wt%，而其余90wt%為氧氣;若以空氣為氣源，則產(chǎn)生的臭氧濃度更低，而且在制備過(guò)程中能量消耗巨大。
在使用時(shí)，由臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧、氧氣等混合氣體在進(jìn)入臭氧氧化裝置后，產(chǎn)生的尾氣經(jīng)臭氧破壞器后直接排放，這就造成大量資源的浪費(fèi)。以氧氣制臭氧為例，產(chǎn)生的臭氧濃度按10wt%計(jì)，則尾氣中將近90wt%的氧氣將被白白浪費(fèi)，尤其對(duì)于臭氧消耗量較大的部分大型污水廠而言，臭氧尾氣的直接排放間接導(dǎo)致了水處理成本的大幅度增加，進(jìn)而限制了臭氧的應(yīng)用。若能對(duì)這部分尾氣加以回收并用作臭氧制備的原料氣，則將大大降低臭氧的制備成本，從而提升臭氧氧化工藝的競(jìng)爭(zhēng)力，擴(kuò)大該技術(shù)的應(yīng)用范圍。
有鑒于此，有必要對(duì)現(xiàn)有的臭氧制備及尾氣循環(huán)利用的系統(tǒng)及方法予以改進(jìn)，以解決上述問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種集臭氧制備、除污處理及除污處理后的尾氣循環(huán)利用于一體的臭氧制備及尾氣循環(huán)利用的系統(tǒng)及方法。
為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種臭氧制備及尾氣循環(huán)利用的系統(tǒng)，包括制備臭氧的臭氧發(fā)生器、給所述臭氧發(fā)生器提供氧氣的供氧單元、利用臭氧進(jìn)行除污的臭氧氧化單元、連接于臭氧氧化單元的尾氣回收單元，所述供氧單元包括氧啟動(dòng)單元、用于儲(chǔ)存所述尾氣回收單元回收的氧氣的儲(chǔ)氧單元、給所述儲(chǔ)氧單元補(bǔ)充氧氣的補(bǔ)氧單元。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述氧啟動(dòng)單元包括儲(chǔ)存液氧的液氧罐、汽化器，所述液氧經(jīng)汽化器汽化后進(jìn)入所述臭氧發(fā)生器。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述補(bǔ)氧單元包括依次連接的第一過(guò)濾器、第一空壓機(jī)、第一冷干機(jī)及空分裝置，空氣依次經(jīng)過(guò)第一過(guò)濾器、第一空壓機(jī)、第一冷干機(jī)及空分裝置后形成富氧氣體進(jìn)入儲(chǔ)氧單元。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述尾氣回收單元包括依次連接的尾氣處理器、第二空壓機(jī)、第二冷干機(jī)及第二過(guò)濾器，經(jīng)過(guò)臭氧氧化單元除污后的尾氣經(jīng)尾氣處理器、第二空壓機(jī)、第二冷干機(jī)及第二過(guò)濾器后形成富氧氣體進(jìn)入所述儲(chǔ)氧單元。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述尾氣處理器包括用于除濕、預(yù)熱的預(yù)處理器以及用于分解經(jīng)過(guò)臭氧氧化單元除污后的尾氣中的殘留臭氧的臭氧破壞器。
為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明還提供了一種用于臭氧制備及尾氣循環(huán)利用的系統(tǒng)的臭氧制備及尾氣循環(huán)利用的方法，所述臭氧制備及尾氣循環(huán)利用的系統(tǒng)包括制備臭氧的臭氧發(fā)生器、給所述臭氧發(fā)生器提供氧氣的供氧單元、利用臭氧進(jìn)行除污的臭氧氧化單元、連接于臭氧氧化單元的尾氣回收單元，所述供氧單元包括氧啟動(dòng)單元、用于儲(chǔ)存所述尾氣回收單元回收的氧氣的儲(chǔ)氧單元、給所述儲(chǔ)氧單元補(bǔ)充氧氣的補(bǔ)氧單元，臭氧制備及尾氣循環(huán)利用的方法包括如下步驟：開(kāi)啟氧啟動(dòng)單元給所述臭氧發(fā)生器提供氧氣，啟動(dòng)所述臭氧發(fā)生器制備臭氧；所述臭氧發(fā)生器制備的臭氧進(jìn)入所述臭氧氧化單元進(jìn)行除污處理；經(jīng)過(guò)臭氧氧化單元除污后的尾氣經(jīng)尾氣回收單元處理后回收氧氣并將回收的氧氣傳輸給儲(chǔ)氧單元；開(kāi)啟補(bǔ)氧單元給所述儲(chǔ)氧單元補(bǔ)充氧氣；所述儲(chǔ)氧單元給所述臭氧發(fā)生器提供氧氣，所述臭氧發(fā)生器制備臭氧。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述氧啟動(dòng)單元包括儲(chǔ)存液氧的液氧罐、汽化器，所述液氧經(jīng)汽化器汽化后進(jìn)入所述臭氧發(fā)生器。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述補(bǔ)氧單元包括依次連接的第一過(guò)濾器、第一空壓機(jī)、第一冷干機(jī)及空分裝置，空氣依次經(jīng)過(guò)第一過(guò)濾器、第一空壓機(jī)、第一冷干機(jī)及空分裝置后形成富氧氣體進(jìn)入儲(chǔ)氧單元。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述尾氣回收單元包括依次連接的尾氣處理器、第二空壓機(jī)、第二冷干機(jī)及第二過(guò)濾器，經(jīng)過(guò)臭氧氧化單元除污后的尾氣經(jīng)尾氣處理器、第二空壓機(jī)、第二冷干機(jī)及第二過(guò)濾器后進(jìn)入所述儲(chǔ)氧單元。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述尾氣處理器包括用于除濕、預(yù)熱的預(yù)處理器以及用于分解尾氣中的殘留臭氧的臭氧破壞器，經(jīng)過(guò)臭氧氧化單元除污后的尾氣先經(jīng)過(guò)預(yù)處理器除濕、預(yù)熱后再進(jìn)入臭氧破壞器分解尾氣中的殘留臭氧。
本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的臭氧制備及尾氣循環(huán)利用的系統(tǒng)，通過(guò)臭氧發(fā)生器制備臭氧；通過(guò)臭氧氧化單元采用節(jié)能環(huán)保的臭氧對(duì)廢氣、污水、廢渣等進(jìn)行除污處理；再通過(guò)尾氣回收單元將經(jīng)過(guò)臭氧氧化單元除污后的尾氣回收形成富氧氣體并供給臭氧發(fā)生器，從而使得尾氣得到循環(huán)利用，提高了氧氣的利用率，降低了成本。
附圖說(shuō)明
圖1是本發(fā)明的臭氧制備及尾氣循環(huán)利用的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架圖。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
如圖1所述，本發(fā)明提供一種臭氧制備及尾氣循環(huán)利用的系統(tǒng)，包括：制備臭氧的臭氧發(fā)生器8，給所述臭氧發(fā)生器8提供氧氣原料的供氧單元（未標(biāo)號(hào)），利用臭氧對(duì)廢氣、污水、廢渣等進(jìn)行除污的臭氧氧化單元9，連接于臭氧氧化單元9的尾氣回收單元B。
所述供氧單元包括氧啟動(dòng)單元A、用于儲(chǔ)存所述尾氣回收單元B回收的氧氣的儲(chǔ)氧單元5、給所述儲(chǔ)氧單元5補(bǔ)充氧氣的補(bǔ)氧單元C。
其中，所述氧啟動(dòng)單元A包括儲(chǔ)存液氧的液氧罐6、汽化器7，在首次制備臭氧前，所述液氧經(jīng)汽化器7汽化后作為氧氣原料進(jìn)入所述臭氧發(fā)生器8制備臭氧。
所述臭氧發(fā)生器8以富氧氣體、氧氣等為原料，制備的臭氧中摻雜有部分未參加反應(yīng)的氧氣。摻雜有氧氣的臭氧進(jìn)入臭氧氧化單元9，臭氧與廢氣、污水、廢渣中的污染物進(jìn)行反應(yīng)完成除污過(guò)程，形成的尾氣中包括氧氣和殘留的部分臭氧，可以回收氧氣并將回收的氧氣供給臭氧發(fā)生器8用作制備臭氧的原料。
所述尾氣回收單元B包括依次連接的尾氣處理器10、第二空壓機(jī)11、第二冷干機(jī)12及第二過(guò)濾器13；經(jīng)過(guò)臭氧氧化單元9除污后的尾氣經(jīng)尾氣處理器10除去雜質(zhì)、經(jīng)第二空壓機(jī)11壓縮、經(jīng)第二冷干機(jī)12冷干處理、再經(jīng)第二過(guò)濾器13過(guò)濾后形成富氧氣體進(jìn)入所述儲(chǔ)氧單元5，作為正常工作時(shí)制備臭氧的原料。
進(jìn)一步地，所述尾氣處理器10包括用于除濕、預(yù)熱的預(yù)處理器（未圖示）以及用于分解經(jīng)過(guò)臭氧氧化單元9除污后的尾氣中的殘留臭氧的臭氧破壞器（未圖示）。所述預(yù)處理器和臭氧破壞器可以集成于同一個(gè)設(shè)備上，也可以由兩個(gè)獨(dú)立的設(shè)備組合而成。尾氣經(jīng)過(guò)預(yù)處理器后再進(jìn)入臭氧破壞器，能提高臭氧轉(zhuǎn)化為氧氣的效率。
然而，因?yàn)樵谂盼圻^(guò)程中消耗了部分臭氧，因此從尾氣中回收的富氧氣體比原來(lái)氧啟動(dòng)單元A提供的氧氣有所減少，本實(shí)施例采用空氣作為氣源，通過(guò)補(bǔ)氧單元C補(bǔ)償減少的氧氣。所述補(bǔ)氧單元C包括依次連接的第一過(guò)濾器1、第一空壓機(jī)2、第一冷干機(jī)3及空分裝置4，空氣依次經(jīng)過(guò)第一過(guò)濾器1過(guò)濾雜質(zhì)、經(jīng)第一空壓機(jī)2壓縮、經(jīng)第一冷干機(jī)3冷干處理后再經(jīng)空分裝置4通過(guò)變壓吸附將空氣中的氮?dú)?、二氧化碳等氣體分離后形成富氧氣體進(jìn)入儲(chǔ)氧單元5。
在臭氧發(fā)生器8正常工作時(shí)，儲(chǔ)氧單元5中的富氧氣體作為氧氣原料進(jìn)入臭氧發(fā)生器8以制備氧氣，從而使得尾氣得到循環(huán)利用，提高了氧氣的利用率，降低了成本。
本發(fā)明還提供一種用于臭氧制備及尾氣循環(huán)利用的系統(tǒng)的臭氧制備及尾氣循環(huán)利用的方法，包括如下步驟：
開(kāi)啟氧啟動(dòng)單元A，給所述臭氧發(fā)生器8提供氧氣，啟動(dòng)所述臭氧發(fā)生器8制備臭氧。具體地，所述液氧經(jīng)汽化器7汽化后作為氧氣原料進(jìn)入所述臭氧發(fā)生器8。
所述臭氧發(fā)生器8制備的臭氧進(jìn)入所述臭氧氧化單元9對(duì)廢氣、污水、廢渣等進(jìn)行除污處理形成尾氣。
經(jīng)過(guò)臭氧氧化單元9除污后的尾氣經(jīng)尾氣回收單元B處理后回收氧氣并將回收的氧氣傳輸給儲(chǔ)氧單元5；經(jīng)過(guò)臭氧氧化單元9除污后的尾氣經(jīng)尾氣處理器10、第二空壓機(jī)11、第二冷干機(jī)12及第二過(guò)濾器13，以達(dá)到增壓目的，并去除尾氣中殘留的水等雜質(zhì)，從而獲得高濃度的氧氣進(jìn)入所述儲(chǔ)氧單元5。經(jīng)過(guò)臭氧氧化單元9除污后的尾氣先經(jīng)過(guò)預(yù)處理器除濕、預(yù)熱后再進(jìn)入臭氧破壞器分解尾氣中的殘留臭氧，從而完成尾氣在尾氣處理器10中的處理。
開(kāi)啟補(bǔ)氧單元C給所述儲(chǔ)氧單元5補(bǔ)充氧氣；該過(guò)程以空氣為原料，空氣依次經(jīng)過(guò)第一過(guò)濾器1、第一空壓機(jī)2、第一冷干機(jī)3及空分裝置4后形成氧含量約為94%的富氧氣體進(jìn)入儲(chǔ)氧單元5，補(bǔ)充在臭氧氧化單元9中消耗的氧。
所述儲(chǔ)氧單元5給所述臭氧發(fā)生器8提供氧氣，所述臭氧發(fā)生器8制備臭氧，臭氧再進(jìn)入臭氧氧化單元9參與除污處理。
采用本發(fā)明的臭氧制備及尾氣循環(huán)利用的系統(tǒng)及方法將臭氧氧化后的尾氣進(jìn)行回收并重復(fù)利用，提高了氧氣的利用率，降低了成本。
以處理規(guī)模為20萬(wàn)m3/d的污水廠為例，采用臭氧氧化工藝用于廢水的有機(jī)物降解、脫色及消毒，處理出水達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理場(chǎng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)，每噸水需投加臭氧10g，則
處理規(guī)模：20萬(wàn)m3/d；
臭氧投加量：10mg/L；
臭氧消耗量：20萬(wàn)m3/d×10mg/L =2000kg/d；
臭氧濃度：10wt/%，一般為8wt/%~10wt/%之間；
需氧量：2000kg/d ÷10wt/%=20000kg/d。
傳統(tǒng)工藝中，無(wú)尾氣回收循環(huán)利用時(shí)，
富氧中氧氣含量按94%計(jì)，空氣制氧工藝中氧氣回收率按50%計(jì)，則需空氣原料體積：20000kg/d÷1.429kg/m3÷94%÷50%÷21×100=141800m3/d=98.5m3/min；
對(duì)應(yīng)空壓機(jī)排氣量：98.5m3/min。
采用本發(fā)明的臭氧制備及尾氣循環(huán)利用的系統(tǒng)及方法，將尾氣回收循環(huán)利用后：
可回收循環(huán)氧氣量：20000kg/d×(1-10wt/%) = 18000kg/d；
可回收循環(huán)氧氣體積：18000kg/d÷1.429kg/m3=12596m3/d=8.75m3/min；
需補(bǔ)充氧氣量：20000kg/d×10wt/%=2000kg/d；
富氧中氧氣含量按94%計(jì)，空氣制氧工藝中氧氣回收率按50%計(jì)，則需補(bǔ)充原料空氣體積：2000kg/d÷1.429kg/m3÷94%÷50%÷21×100=14180m3/d=9.85m3/min；
對(duì)應(yīng)空壓機(jī)總排氣量：8.75m3/min + 9.85m3/min =18.60m3/min。
采用本發(fā)明的臭氧制備及尾氣循環(huán)利用的系統(tǒng)及方法較傳統(tǒng)工藝，空壓機(jī)功率能耗降低：（98.5m3/min-18.60m3/min）÷98.5m3/min×100%=81.1%，大大降低了能耗；并且在保證除污效果相同的前提下，實(shí)現(xiàn)了對(duì)尾氣的有效循環(huán)利用，提高了氧氣的利用率，節(jié)約了臭氧制備時(shí)的運(yùn)行成本，便于臭氧除污的大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。
綜上所述，本發(fā)明的臭氧制備及尾氣循環(huán)利用的系統(tǒng)及方法，通過(guò)臭氧發(fā)生器8制備臭氧；通過(guò)臭氧氧化單元9采用節(jié)能環(huán)保的臭氧對(duì)廢氣、污水、廢渣等進(jìn)行除污處理；再通過(guò)尾氣回收單元B將經(jīng)過(guò)臭氧氧化單元9除污后的尾氣回收形成富氧氣體并供給臭氧發(fā)生器8，從而使得尾氣得到循環(huán)利用，提高了氧氣的利用率，降低了成本。
以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍。