臭氧被广泛用于水和空气处理,以达到其强大的消毒剂和氧化特性,然而,在臭氧产生过程中产生的非气体—— 无法从中脱落的臭氧—— 如果管理不当,将会产生重大的健康和环境风险,吸入臭氧可引起呼吸刺激,加剧哮喘,并助长地面臭氧形成,而这种臭氧形成是一种受管制的空气污染物,因此,有效地尽量减少臭氧的脱气对于安全和遵守规章制度都是至关重要的,本条提出了一套减少处理设施剩余臭氧排放的综合战略,包括系统设计、操作优化以及先进的销毁和回收技术。

理解臭氧的脱落形成

通常的源头包括接触室排放的气体、密封和连接的泄漏以及下游破坏单位内的不完全破坏。 气体的浓度和数量取决于臭氧剂量、饲料质量、接触器几何以及是否存在臭氧需求污染物。 气体的离岸管理至关重要,因为臭氧是一种强大的呼吸刺激剂; 职业安全和健康管理局(OSHA)设定了允许接触限值(PEL)为0.1ppm(0.2毫克/立方米),作为8小时加权平均时间。 此外,臭氧在排放到下层大气时是一种强温室气体。 了解这些形成途径,使设施运营商能够针对能够最有效地减少排放的干预点。

尽量减少臭氧消耗的关键战略

1. 安装破坏臭氧的装置

捕获和中和剩余臭氧的最直接方法是使用破坏装置,这些系统在气体排入大气层之前将臭氧转换成氧气。

  • 分析破坏器[——在环境温度下将臭氧拉登气体(通常是二氧化锰或专有金属氧化物)通过催化剂床,这些气体节能,需要最低限度的维护,但催化剂可能因水分或挥发性有机化合物等污染物(VOCs)而中毒。
  • 热破坏器 ——将气离气加热到300–350 °C,以热分解臭氧。 即使湿度和污染物负荷高,它们也非常有效,但它们消耗了大量的能量(气体或电热 ) 。

选择适当的技术取决于气流率、臭氧浓度、湿度水平和场地运行成本,许多设施直接从接触器上在主气流外安装破坏装置,也安装从储油罐、泵和监测设备上安装较小的通风管,例如 Wedeco(Xylem)和Ozonia(Suez)]提供具有相应破坏装置的综合分区系统。

2. 优化臭氧生成和剂量

减少天然气的臭氧减少首先要产生所需的数量并有效提供。

  • Real 时间监测和控制. 在战略点安装溶解臭氧传感器(接触室内插,外插,循环循环),并使用反馈循环来调整生成器输出. 高级控制算法(如连锁PID或模型预测控制)可以应对波动的流量和污染物负载.
  • Feed gas 质量。 对于Corona 排放发电机,使用氧浓缩饲料气体(vs 空气),大大提高臭氧浓度,减少必须加工的气体总量,也降低了每公斤产生的臭氧的能源成本。 适当的干燥(低于-60°C的点)可以防止硝酸的形成,延长电极寿命。
  • Proper contactor design. Fine ⁇ bbulble 扩散器、静态搅拌器或喷气注入器将臭氧质量最大地转移到液相,将离气的未反应臭氧最小化。
  • 最小有效剂量。 进行例行需求研究,以校准臭氧剂量与水或气流的实际氧化剂需求。

通过收紧控制循环和提高转移效率,设施往往可以将臭氧需求减少15-30%,同时相应减少天然气的排出量。

3. 改进系统密封和通风

臭氧是一种反应性很强的气体,甚至会从很小的缺口中漏出;因此,系统完整性是至高无上的。 这一策略既针对遏制,也针对不可避免的漏气的收集。

封条协议

  • 在所有臭氧载体管道和船舶中使用基于PTFE的垫片、压缩配件和焊接关节。 标准的黑铁或激发钢应该避免,因为臭氧腐蚀了它们。
  • 定期检查和更换泵、阀门和取样端口上的O ⁇ rings和封条,臭氧加速了弹性体降解——使用Viton ⁇ 或Kalrez ⁇ 材料。
  • 对接触器头部空间和储油罐通风口施加负压(小真空),使任何漏出的臭氧向破坏装置引出,而不是允许外溢。

通风设计

如果封闭性不完善(例如,在发电机房、化学储存或开通的通道周围),则提供专用排气通风,将空气的“臭氧”混合物拉到热或催化破坏器上,通风率应使呼吸区臭氧浓度保持在0.05ppm以下。 OSHA 指导[建议在封闭区进行连续的环境臭氧监测。

4. 实施臭氧回收和再循环系统

回收系统不仅不能简单地摧毁未反应的臭氧,而且还可以捕捉臭氧并将其恢复到处理过程。

  • 重新循环循环。 在水处理中,接触器头部空间的离气被压缩,通过喷气注入器重新注入进水流。这可以重新使用50%至80%的剩余臭氧。
  • 吸收-吸收。 气流通过有选择地吸附臭氧的 ⁇ 酸盐或活性碳床。 周期性地,该床被加热或压力“swung”去除高浓度臭氧,然后返回到工艺中。 这种方法更加复杂,但可以达到90%以上的回收率。
  • 膜分离。 臭氧选择性膜将臭氧与气外的氧气分离,使臭氧浓缩后可以循环利用。

对于大型工厂(例如 > 100千克O3/h)而言,回收系统特别具有成本效益,因为回收臭氧的价值抵消了资本和业务费用。

监测和监管遵守情况

能否有效地尽量减少,取决于是否持续进行监测。

  • 在主要气管外的内线臭氧分析器测量浓度(典型的为0-50克/nm3)。
  • 操作人员占领区臭氧监测器[,警报设为0.1ppm,关闭设为0.5ppm。
  • 在气体流外的浮米计算质量排放率。

在美国,《清洁空气法》可能要求每年排放超过临界吨位的设施获得许可证;环境保护局为地面臭氧提供国家环境空气质量标准指导;欧洲设施必须遵守工业排放指令和臭氧相关工艺的最佳可得技术;保持天然气浓度记录和系统维护活动对于证明遵守标准至关重要。

成本和业务考虑

尽量减少天然气的臭氧消耗涉及资本支出(销毁装置、监测器、更好的密封)和操作费用(销毁器的能源、替代催化剂、维修)。

  • 催化剂破坏器的能量成本较低,但需要定期更换催化剂(根据污染物的不同,每2-5年更换一次)。
  • 热破坏器每千克能源产生的臭氧可增加0.005-0.02美元。
  • 臭氧回收系统一般在大型设施中可回收1-3年。
  • 改善密封和通风,可减少关闭、罚款和工人生病等费用高昂的风险。

在选择设备时,评估总使用寿命成本,包括维护、更换部件和能源。 许多供应商为天然气外销毁效率提供性能保障(例如, > 99.9%的销毁率 ) 。

结论

最大限度地减少天然气的臭氧排放是一个多方面的挑战,需要关注生成、交付、遏制和销毁。 通过安装适当的尺寸的破坏装置、通过实时控制优化剂量、维护系统完整性和探索回收方案,处理设施可以实现安全运行、遵守监管和经济效率。 随着环境标准收紧和水利设施面临对先进氧化过程的日益增长的需求,积极主动的气体排放管理仍将是负责任的臭氧处理的基石。