臭氧系统的臭氧系统设计

在给水净化工艺中，臭氧系统一般由前（预）臭氧接触氧化、后臭氧接触氧化（见臭氧工艺）、臭氧发生系统、臭氧气源、尾气破坏系统、PLC等几部分组成。 臭氧是氧分子通过高压放电区时，被高电位电场电离而变成氧原子，一个氧原子与一个氧分子再结合，形成O3（臭氧）。

臭氧发生器的臭氧产量与质量分数，随着供气压力的增高而降低，其最佳工作压力一般为0.12～0.13 MPa。

臭氧质量分数低，臭氧发生器的能耗也低，但臭氧发生所消耗的氧气量则增加；臭氧质量分数高，臭氧发生器的能耗也高，但臭氧发生所消耗的氧气量则减少。因此究竟选用多大的臭氧质量分数，设计时应根据当地的电价和氧气价格，进行总能耗比较后才能确定。

臭氧发生器的备用率一般应大于30%，备用的方式有设备台数备用（硬备用）与设备发生能力备用（软备用）两种。 臭氧发生器的气源可以是：空气、液态氧（LOX）、气态氧。

空气制臭氧，臭氧发生设备投资高，运行电耗高，臭氧产量与质量分数低，臭氧质量分数一般在3%～4%，生产1 kgO3耗电量在23～25 kW・h。

液态氧（LOX）制臭氧，臭氧发生设备投资低，运行电耗也低。臭氧质量分数可达18%甚至更高，生产1 kgO3耗电量在10～13 kW・h。但液态氧一般需外购，臭氧发生总成本随着液态氧价格的变化而变化。

气态氧制臭氧，臭氧发生设备的投资比空气制臭氧低，但比液态氧制臭氧要高。运行电耗也是介于两者之间。臭氧质量分数也可达到18%甚至更高，生产1 kgO3耗电量在11～14 kW・h。

气态氧一般是现场制取，制取的方法主要有：VPSA，VSA和PSA。它们都是利用分子筛吸附空气中的氮气，让空气中的氧气从分子筛通过，从而达到空分的目的。当分子筛吸附饱和后，再通过变压，使分子筛中的氮气脱落从而得到再生。之后，分子筛再重新工作。

现场制氧气，氧气体积分数一般在90%～93%，生产1 kgO2能耗一般在0.3～0.4 kW・h 。

用液态氧制臭氧，试验表明氧气体积分数在97.7%，氮气体积分数在2.3%时，臭氧发生器的臭氧产率最高。

对于不同的地区，究竟采用何种气源，设计时应根据当地的电价和氧气价格经成本分析后再确定。 臭氧是一种带有强刺激气味的淡蓝色气体。臭氧在空气中的体积分数为0.01×10-6 时能嗅出，环保允许排放体积分数为0.05×10-6～0.1×10-6。臭氧在常温下分解消失的半衰期为20 min。

由于受水质与扩散装置的影响，进入接触池的臭氧很难100%被吸收，在排出的尾气中仍含有一定数量的剩余臭氧。由于臭氧对人体健康有危害，对环境有污染，因此必须对接触池排出的尾气进行处理。常用的方法有：高温加热法和催化剂法。

高温加热法：臭氧加热到350℃时，其半衰期小于0.04 s，它在1.5～2 s 内便可100%分解。加热法的优点是：安全可靠，维护简单，并可回收热能；缺点是：增加了部分设备投资和运行能耗。

催化剂法：它是利用催化剂对臭氧尾气进行分解破坏，目前使用的催化剂是以MnO2为基质的填料。催化剂法的优点是设备投资和运行能耗比高温加热法低；缺点是处理效果受水质（如硫化物、卤素）、环境质量、尾气的含水率、催化剂的使用年限等因素影响，其安全稳定性比高温加热法差，且催化剂需要定期更换。 臭氧的需求量一般根据式(1)进行确定：

? ?R=QD (1)??

式中?R?--臭氧需求量，kg/h；

Q?--处理水量，m3/h；

D?--臭氧的投加率，kg/m3。

臭氧的供给量用式(2)进行确定：

??S=MC (2)??

式中?S?--臭氧供给量，kg/h;

? M?--臭氧化气体(混合气体)流量,kg/h； ?

C?--臭氧的质量分数。

臭氧系统的控制就是使?R=S?。

前（预）臭氧投加控制，一般采用设定臭氧投加率，根据水量变化比例投加。投加量的控制根据公式（1），采用PLC自动控制臭氧发生器的产量。

后臭氧投加控制，一般采用设定臭氧投加率，根据水量变化与水中余臭氧的变化，双因子复合环投加控制。处理水量是前馈条件，余臭氧是后馈条件。

投加量的控制也是根据式（1），采用PLC自动控制臭氧发生器的产量。但式（1）中的D值，需要根据余臭氧反馈数据进行自动修改。

臭氧发生量的控制一般有三种方式：第一种为恒臭氧质量分数，变臭氧流量。第二种为恒臭氧流量，变臭氧质量分数。第三种为变臭氧流量，变臭氧质量分数。

臭氧发生量大小的控制，均是由PLC系统根据式（1），式（2），通过调整相关的参数来完成的。 氧气管、干的臭氧管、冷却水管一般采用AISI/ASTM304L不锈钢或同等级的其它产品。

湿的臭氧管道和扩散装置一般采用AISI/ASTM316L不锈钢或同等级的其它产品。

密封垫片。冷却水采用乙丙橡胶（EPDM）或同等产品。氧气采用氟橡胶（FPM）（如Vit on）或同等产品。臭氧采用聚四氟乙烯（PTFE）（如Teflon）或同等产品。