臭氧尾气处理器分类
臭氧发生器臭氧分解系统
一、概述
臭氧水处理投加是用臭氧化气来完成的，根据不同混合方式的混合效率及臭氧与水混合的溶解度，从反应池或反应塔排出的气体中也会含有较多的臭氧，这种含有一定量臭氧的空气是不适于呼吸的。空气中臭氧浓度超过0.1ppm，将会刺激喉咙引起咳嗽。国际上臭氧最大浓度标准为0.1ppm，这个值是基于8小时工作时间下工作场所允许的最大臭氧浓度。因此，在臭氧工程设计中很重要的一点就是采用安全措施进行废气处理，避免任何副作用的产生。
目前，可用来消除或分解接触器尾气中臭氧的方法有：
（1）预臭氧化；
（2）尾气循环到臭氧发生器；
（3）稀释后排放；
（4）催化分解；
（5）热分解；
（6）在可燃载体上吸附和反应；
（7）淋洗和（或）化学捕获；
（8）兼有分解和（或）随后分解的吸收。
由于臭氧是一种不稳定气体，可还原成氧气。这种还原作用在常温下进行很慢，但在350℃温度下瞬间内即可完成。因此，传统的尾气臭氧分解装置大都采用加热分解的方式。
随着催化技术的发展以及能源的紧张，还有逐渐降低运行费用的要求也成为产品的发展趋势，催化分解的技术及产品开始逐渐用于尾气臭氧分解。
1．预臭氧化法
预臭氧化处理的前提条件是，系统工艺中臭氧的投加必须是多点的。后臭氧处理的尾气采用预臭氧化法消除，就是将从后臭氧接触室排出的气体通过某种方法投加到预处理的某个环节的水里。由于进行预臭氧化处理的原水含有快速反应或溶解臭氧的物质，尾气里的臭氧能被大量消耗，预臭氧化阶段的臭氧吸收率可再一次达到90%左右，但是尾气臭氧分解问题理论上依然存在，不过此刻尾气臭氧浓度又降低了一个数量级，即降低了9/10，例如从7g/m3降到了0.7g /m3。
预臭氧化系统需要一台自吸设备，如环流涡轮混合器；或者一套喷射装置，如文氏射流器；或者扩散装置，如曝气盘或穿孔管。
2．循环法
当用纯氧或富氧气体发生臭氧时，可以实行尾气循环回到臭氧发生器。这种技术是以氧的经济回用为基础的，尾气必须经过提纯和干燥的工艺后，加压到臭氧发生器或者是气源处理装置中。
表面上看使用循环法消除了尾气臭氧对环境的影响，而且又达到了气源回收利用，但循环法造成了气体内氨气和二氧化碳气含量的逐步富集，为防止臭氧产量下降，一般也要往系统中补充5-10%左右的新鲜气体，因而仍然会有5-10%左右的尾气排放，还是需要对一小部分尾气臭氧进行分解处理。另外，循环系统中的某些部位还需要耐潮湿臭氧腐蚀材料，而且尾气的提纯非常重要，避免微量有机物逐步积累在干燥塔内吸附剂上。
接触器尾气中的臭氧并不能使臭氧发生器出口的臭氧浓度有提高，这点符合臭氧发生器是在平衡状态下运行的化学反应器原理。
3．稀释法
稀释法是用空气稀释含臭氧的尾气，达到排放要求的一种方法。不过，直接达到排放尾气0.1ppm臭氧安全目标所需的稀释比是很高的，例如在5000~10000之间，所以此法只有在剩余臭氧进一步利用（例如通过预臭氧化）或适当的大气稀释比（如8~10）之后，再配接排气烟筒用机械通风100~120的稀释比才能切实可行的。
尽管运行成本低，只需很少控制设备，但由于巨型离心通风机所产生的噪音太大，而且不同生产条件下气体流量或臭氧产量的变化会造成尾气中臭氧浓度的变化，此项技术还是很少应用。
4．热分解法
热分解法是将尾气加热到一定温度，促使臭氧快速分解的一种方法。臭氧的热分解早在30℃即已开始，在40~50℃时显著。在200℃下一分钟内臭氧分解大约是70%，230℃时92%~95%。在300℃或以上时，1~2s反应时间内达到100%分解。热分解法是当前用于消除臭氧处理厂尾气所含臭氧使用最广泛的技术，可采用的主要工艺有三种：
（1）单通道电阻加热；
（2）通过热交换加热；
（3）加热并过热燃烧。
单通道电阻加热工艺连续、简单，易实现自动化，排出的气体温度达到250~300℃的高温，废气烟道需要用耐火材料建造，运行费用高；可以使用热交换器回收部分热能对尾气进行预热。
用于尾气排出的离心风机最好是装在破坏装置之后（如置于整个破坏装置的出口），靠抽吸和吹风来排气；热交换器必须用抗腐蚀材料制造。如臭氧发生器采用氧气源或富氧源，上述设备应符合相应的安全要求。
5．吸附法
吸附法是通过吸附在可燃载体上破坏臭氧，实际上使用的是装有活性炭滤层的过滤器。
通常的基本设计参数是：用2L（约1kg）活性炭处理1 m3/h尾气，且过滤器炭层装成1.2m的厚度。它所产生的压力损失大约为0.02~0.03MPa。为获得完全反应，过滤器炭层最好加热到60~80℃。
由于不稳定的臭氧化反应产物（如过氧化氢类的积累所造成），也能形成CO基，导致氧化碳的高能释放转换，这项方法有可能发生严重爆炸的危险情况。
通过往炭层上适量洒水可防止这些危险，从运行安全考虑，该方法一般禁止用于使用纯氧或富氧气体的臭氧发生器。
6．催化分解法
催化分解法是尾气中的臭氧分解更多采用催化分解的方式，能使臭氧比用活性炭时更快的分解。目前大多数可用催化剂都是同钯有关的，不过其它金属氧化物诸如氧化锰和氧化镍也是常用的。有时把活性炭催化剂包在某一支撑体上以便于操作，如在铝颗粒上包上钯基催化剂。
当尾气潮湿时，催化剂的效率很低，而且会很快失效。因此，工作时必须对催化剂持续加热。
目前，有关用催化剂作臭氧破坏用的费用和运行特性都需要进一步研究。中毒频率和催化剂价格是重要问题。
7．吸附-分解法
吸附-分解是辅助臭氧破坏可能采用的另一项技术，也就是在气体循环过程中。硅胶刚活化时，具有从不稳定气体中固着臭氧的特性，理论接触时间等于8~10s，同时硅胶逐渐失效。经若干次热再生之后，硅胶的臭氧分解性能被降低。分子筛含有类似硅胶性能的万分，不过失效比硅胶慢一些。
关于吸附-分解技术操作的严格条件，包括再生期间所吸附臭氧的热分解，需要进一步研究。有关吸附材料反复热再生的磨耗和退化方面更要特别注意研究。
各种臭氧尾气处理系统的相对运行费见下表：
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装 置
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运行费W·h/m3
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主要优点
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主要缺点
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预臭氧化
循环
稀释
加热
单加热
热交换
燃烧
活性炭吸附
催化
硅胶吸附
分子筛吸附
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80~150
80~100
8~10
130~170
85
约150
10~15
5
2
1~2
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利用了臭氧
无排放
易操作
易监测
高产量
全部破坏
稳定运行
设备小
部分生产
循环周期长
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仅部分破坏
腐蚀危险
噪音问题
热尾气
难自动化
设备大
爆炸危险
催化剂中毒
再生不可逆
仍在试验
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二、尾气分解设备简介
基于各种尾气处理设备的优缺点及使用范围，水厂用的尾气分解装置主要有加热分解型尾气臭氧分解器、催化或加热-催化混合型尾气臭氧分解器两大类，目前还没有水厂使用预臭氧化法、循环法、稀释或其他方法来消除臭氧，以下简要介绍常用的两种设备。
1．加热分解型尾气臭氧分解器
1.1 工作原理
尾气臭氧被加热到350℃而被彻底分解。设备带有一套完备的仪表系统（测量、报警、故障检测），易于实现全自动运行。
加热分解型尾气臭氧分解器采用一体化设计，加热温度高于350℃，反应时间2.5秒，可将余臭氧的浓度降低至0.1ppm以下。
1.2 运行方式
设备全自动运行，运行中充分考虑节能的观点，被分解的气体在离开系统前首先通过一个高效热交换器与进入的气体进行热交换，然后含有臭氧的气体通过一列电加热器达到被破坏所需的温度，废气通过管道压力或由离心风机排出破坏器。
1.3 主要组成元件
加热分解型尾气臭氧分解器为整体设计，主要包括以下原件：
1.3.1 一台控制柜，使设备实现恒温控制，并实现对设备的现场/远程操作。
控制柜含有一套显示调节仪表，并可在终端安装报警器用于远程指示。
1.3.2 热交换器
热交换器由焊接板制成，采用逆流运行方式。构造：304/316L不锈钢。
1.3.3 加热器
加热器由304/316L不锈钢制成，通过150mm石棉隔热，最外面用镀锌薄板起保护作用。设计温度：420℃
1.3.4 框架：外部框架由304不锈钢或碳钢焊接制成。
1.3.5 备选风机：离心风机安装在外部框架上。
1.4 主要特点
1.4.1 彻底灭除臭氧：由于使用高温来分解臭氧，臭氧被100%分解。
1.4.2 自动化程度高：由于使用电气设备，易于实现自动化。
1.4.3 设备体积大：由于使用加热设备，而且使用多级热交换器，设备体积较大。
1.4.4 设备能耗高：由于使用加热设备，将气体加热到350℃左右，尽管使用多级热交换器，设备能耗仍然很高。
2．加热-催化混合型尾气臭氧分解器
2.1 工作原理
加热-催化混合型尾气分解器主要通过催化分解作用去除尾气中的多余臭氧。设备带有一套完备的仪表系统（测量、报警等），将尾气预加热到一定温度，与催化床接触一定时间，可将余臭氧的浓度降低至0.1ppm以下，易于实现全自动运行。
设备采用紧凑型一体化设计，臭氧破坏设备（主要是加热器和催化槽）、现场控制盘及离心风机（根据运行工况可选）均安装在一个焊接钢架上，设备内部已经按要求填充好催化剂，产品发货前已经过测试运行及性能检验。
2.2 运行方式
加热-催化混合型尾气分解器全自动运行，能耗低。
尾气在破坏器入口处通过预加热来防止其在催化器中发生冷凝。加热温度通过温控器调节，温控器的安全开关可在温度过高时切断电源。进入反应室后，臭氧分子在通过催化器时得以分解。随后，尾气被离心风机从催化床排出。
2.3 主要组成元件
加热-催化混合型尾气分解器由以下元件组成：
2.3.1 催化反应槽，包括不锈钢催化槽、不锈钢网状格板及支承栅板、催化剂等；
2.3.2 加热器，包括：温控器、不锈钢外壳、加热元件等；
2.3.3 离心风机：离心式，铝质涡轮和叶片，单/三相电机；
2.3.4 除雾器，包括外壳、支撑架、专用除雾筛网、排水装置等；
2.3.5控制柜：小型控制柜一般与分解器为一体化设计，大型设备和分解器设计为分体式，使尾气分解器全自动安全运行。柜体为薄钢板制成，保护等级IP45，也可按用户要求将保护等级提高至IP55，一般包括以下元件：
2.3.5.1专用操作面板：包含1个开关，1个急停按钮，1个电源接通指示灯，1个工作指示灯，1个故障指示灯，1套温度仪表；
2.3.5.2 控制系统：除现场手动控制外，还可由PLC实现远程自动。
2.4 主要特点
2.4.1安全：尾气分解器使用目前最理想的触媒剂，它不消耗臭氧，不会吸收臭氧，并且完全可以保证臭氧不会达到危险浓度。
2.4.2 低温运行：运行温度大约为40-60℃，这样可以降低运行成本，相对于加热分解型尾气分解装置，大约90%的运行费用是可以省去的。
2.4.3 较低的压降：最大压降仅为O.02MPa。
2.4.4 分解不完全：仍有部分臭氧残留在尾气中。
注意：催化剂中毒危险
催化床主要由二氧化锰、一氧化锰、氧化铜等构成，因此存在着由于催化剂中毒带来的风险。在水厂的臭氧消毒过程中，气态氯的分解以及氯引起的催化床中毒基本不会发生，但潮气的存在极易造成催化剂中毒。
正确使用催化分解，在尾气进入催化床之前必须经过除雾装置用来去除液态的水雾；然后再经过预加热，防止尾气经设备冷凝后再次出现液滴。
三、尾气臭氧分解器的安装及注意事项
1．安装
1.1 将尾气臭氧分解器安装在室内或室外顶棚下的一个水平的基础上，一般加热分解型必须安装在室内，其他型的可根据实际需要来安排。
1.2 为尾气臭氧分解器配备进口开关阀以及一个旁通阀（如有需要）以便于维修和启动。
1.3 如有用电设备，选用适当的断路器将电源接到设备上。
1.4 电源连接：根据给出的电气要求进行线路连接，所有元件遵循电路连接规范及国家标准或符合NEC、NEMA、CSA和UL的标准。
1.5 电器连线可能因运输过程而松动，请用螺丝刀旋紧。
1.6 保存：如果在安装之前保存一段时间，请遵从以下简单程序：
1.6.1 密封或包裹所有的部件
1.6.2 包裹电器箱
1.6.3如催化剂因运输的原因未装入干燥塔内，应置于室内保存以防雨或水的侵蚀。
1.7 检漏：所用尾气臭氧分解器在出厂之前均经过检漏测试，但泄漏现象在运输或安装过程中可能会发生，在安装后和试运行前应对系统检查有可能出现的泄漏现象。
2．注意事项
2.1 安全规程
在使用离心风机（气泵）空气处理设备及电加热器等用电设备时，请遵守基本的安全规程，并注意以下内容：
2.1.1 通读所有的规程
2.1.2 电器接线及断路器：电器接线、断路器和其他电器元件必须符合地方政府及国家标准。在任何情况下，如本设备被摔坏或损坏，请不要操作本设备。注意许可的调试、修理或调节设备的权限。
2.2 警示：安装或操作本设备时，应符合国家标准及地方政府标准的要求。
2.2.1 设备维护时，确信电源已经切断。
2.2.2采用合适的部件和附件：在管路流程中，请勿采用不能承受一定浓度的臭氧腐蚀的部件和附件。
2.2.3 离心风机（如果有）：应有必要的安全防护装置，以免对人体造成意外伤害。
2.2.4 可靠的接地：如使用加热等用电设备，必须保证设备接地良好。
2.3 警示：
经过尾气臭氧分解器处理过的尾气仍然会含有一定浓度的残留臭氧，在一些公共场所使用时必须安装浓度检测报警仪，确认臭氧浓度在安全许可浓度0.1ppm以下。
2.4 注意：
处理后的尾气可以直接排放在大气中，但是放空口应加装必要的装置，以免雨水溅入设备内部造成设备损坏。
3．尾气分解器技术参数
尾气分解器技术参数一般如下：
3.1 额定进气臭氧浓度：0.5wt%，约合6-8g/m3
3.2 出气臭氧浓度：稳定状态下为0.1ppm，约合0.2mg/m3
3.3 进气口条件要求：含臭氧的空气或氧气
3.4 额定进气流量：XX Nm3/h，最大进气流量：XX Nm3/h
3.5 最高进气压力： XX MPa
3.6 电源：XX V/Xph/XX Hz
3.7 装机容量：XXX kVA，其中加热器 XXX kVA；风机 XXX kVA
3.7 工作温度：最高 XX ℃
四、选型建议浅析
目前由于水源的原因，水厂的臭氧的投加一般是两点或多点投加的。使用氧气源（包含液氧和富氧）时，氧气综合利用或者说尾气的回收利用显得非常必要，但是氧气的综合利用或者说尾气的回用为必须以经济为基础：当用纯氧或富氧气体发生臭氧时，虽然可以实行尾气循环回到臭氧发生器作为气源，但作为臭氧气源的回用尾气，必须要满足作为臭氧气源的几个条件，也就是说尾气必须经过提纯和干燥处理的工艺后才能使用。
由于氧气回用系统中的某些部位还需要耐潮湿臭氧腐蚀材料；而且为了避免微量有机物逐步积累在干燥塔内吸附剂上，尾气还要经过喷淋或洗涤的提纯工艺；回用的气体为防止氨气和二氧化碳气含量的逐步富集而造成的臭氧产量下降，还要往系统中补充新鲜氧气，氧气回用系统设备及工艺复杂性大大提高。
目前由于水源的原因，水厂的臭氧的投加一般是两点或多点投加的。笔者粗浅认为，使用空气源的臭氧系统，某些产量级的后臭氧处理尾气的消除完全可以采用预臭氧化的方式，预臭氧化可以通过在预臭氧池中预设穿孔管的的方式或射流的方式，预臭氧尾气的消除可以使用离心风机和射流器喷射稀释的方式。
至于使用氧气源的臭氧系统，某些产量级的后臭氧处理尾气的消除也采用预臭氧化的方式，预臭氧化可以通过在预臭氧池中预设穿孔管的的方式或射流的方式，通过控制后臭氧尾气的浓度，可以将预臭氧尾气控制在极小的数值之内，或最多再通过以及催化分解，将尾气导入水处理系统的生化曝气的处理工艺，达到综合利用程度，而不采用复杂的循环的方式。
