1、裝置概況
山西中煤平朔能源化工有限公司建設規模為30萬(wàn)t/a的合成氨裝置、2套18萬(wàn)t/a硝酸裝置、2套20萬(wàn)t/a的硝酸銨裝置。配套污水處理裝置，采用預處理+生化處理+混凝沉淀+臭氧殺菌脫色+流砂過(guò)濾處理工藝。負責處理酚氨回收系統來(lái)煤氣化廢水、低溫甲醇洗廢水、甲烷化廢水、初期雨水、地面沖洗水、生活化驗及其他污水等生產(chǎn)廢水，出水滿(mǎn)足循環(huán)水回用要求，全廠(chǎng)正常廢水排放量為129.06m3/h，最大廢水排放量為168.4m3/h，設計污水處理規模為200m3/h。臭氧裝置設計在深度處理混凝沉淀出口，現場(chǎng)有青島國林公司生產(chǎn)的放電式臭氧發(fā)生器2臺，產(chǎn)量為每臺3kg/h，一用一備，氣源為氧氣。
2、污水深度處理介紹
深度處理采用臭氧+活性砂生物濾池。廢水到深度處理段可生化性非常低，需要提高廢水生化性，臭氧在將水中污染物氧化一部分的同時(shí)，能夠提高廢水生化性。臭氧氧化池未完全吸收的臭氧尾氣利用水力負壓抽送至調節池。經(jīng)過(guò)臭氧氧化完的廢水進(jìn)入活性砂生物濾池，活性砂生物濾池的出水COD（化學(xué)需氧量）達到設計產(chǎn)水指標。污水處理裝置由中國昆侖工程公司總包，上海達源環(huán)境科技工程有限公司負責設計、施工、調試。
3、臭氧裝置介紹
3.1 臭氧的理化性質(zhì)
臭氧是一種具有刺激性特殊氣味的不穩定氣體，在常溫常壓下，臭氧為藍色氣體，臭氧濃度越高顏色越藍。臭氧的密度為2.144kg/m3（標準狀態(tài)下），比空氣和氧氣大。臭氧略溶于水，標準狀態(tài)下，其溶解度比氧氣大13倍，比空氣大25倍。臭氧的標準電極電位為2.07，比過(guò)氧化氫、高錳酸鉀、二氧化氯及氯氣等氧化劑都高，所以工業(yè)常選用臭氧作為氧化劑。同時(shí)，臭氧反應后的生成物是氧氣，無(wú)二次污染。
3.2 臭氧裝置
每套臭氧裝置主要由臭氧發(fā)生室、臭氧專(zhuān)用電源系統、操作控制系統、冷卻裝置、儀表管路閥門(mén)和尾氣吸收破壞系統組成。圖1給出了污水處理臭氧裝置現場(chǎng)圖。
3.2.1 臭氧發(fā)生室
臭氧發(fā)生室是由多組臭氧發(fā)生單元組成的裝置，臭氧發(fā)生單元是產(chǎn)生臭氧的基本部件，由介電體與被其分隔的電極和放電空間組成。污水處理現場(chǎng)采用DTA非玻璃介質(zhì)臭氧發(fā)生單元共42個(gè)。其中圖2為DTA非玻璃介質(zhì)臭氧發(fā)生單元結構示意圖，圖3為1個(gè)DTA非玻璃介質(zhì)臭氧發(fā)生單元的組合體。
通過(guò)圖2可以發(fā)現，由高壓熔斷器連接著(zhù)介質(zhì)層密閉為一體，介質(zhì)層內有高壓電源，內電源與外電源之間被氧氣充滿(mǎn)，經(jīng)高壓電離氧分子后獲得氧原子，氧原子又與氧分子結合成為臭氧分子，產(chǎn)生的熱量被冷卻水帶走。這樣循環(huán)進(jìn)行產(chǎn)生臭氧送入臭氧氧化池使用。由圖3可知，現場(chǎng)臥式DTA臭氧發(fā)生室內設置42個(gè)臭氧發(fā)生單元，上部有冷卻水出水口和氧氣進(jìn)氣口，下部有冷卻水進(jìn)水口和臭氧出氣口。封頭端面有視鏡，可觀(guān)察發(fā)生室內工作情況。
臭氧制取采用電暈放電合成臭氧技術(shù)，臭氧的產(chǎn)生機理見(jiàn)下式：
式中，e指的是電子，M是氣體中任何其他氣體分子，不過(guò)與此同時(shí)，原子氧和電子也同臭氧反應形成氧氣。
3.2.2 電源系統
電源系統是將輸入的工頻交流電源轉化為中頻高壓交流電源的裝置，經(jīng)過(guò)高壓變壓器升壓后輸送到臭氧發(fā)生室，使臭氧發(fā)生室內形成高壓電場(chǎng)。電源系統主要包括整流電路、逆變電路、電抗器、高壓變壓器以及控制裝置等。
3.2.3 操作控制系統
臭氧裝置采用在線(xiàn)式自控儀表、閥門(mén)，通過(guò)西門(mén)子PLC系統實(shí)現對設備全自動(dòng)控制。
3.2.4冷卻水系統
臭氧發(fā)生器采用水冷卻，通過(guò)閉路循環(huán)冷卻水系統帶走放電時(shí)放出的熱量。閉路循環(huán)冷卻水的熱量利用外部冷卻水系統板式換熱器冷卻降溫，閉路循環(huán)冷卻水系統水源為反滲透產(chǎn)水，外部冷卻水系統水源為雙硝循環(huán)水。圖4給出了臭氧裝置冷卻水系統現場(chǎng)圖，由板式換熱器、緩沖罐、循環(huán)水泵等組成。
3.2.5 儀表管路閥門(mén)
臭氧發(fā)生器設置有流量、壓力、溫度等檢測及調整用的儀表閥門(mén)等，以實(shí)現臭氧氣化流量的調節。
3.2.6 尾氣吸收破壞系統
臭氧吸收破壞系統采用加熱-催化混合型（DT-300F），額定處理氣量40Nm3/h，出氣臭氧質(zhì)量濃度0.1mg/L，最高工作壓力0.08MPa，催化劑裝填量68L，額定功率1.9kW。臭氧尾氣進(jìn)入反應室，臭氧分子通過(guò)催化劑分解，隨后尾氣被風(fēng)機抽出排走。
4、臭氧裝置運行情況
2016年10月臭氧發(fā)生器氧氣管道安裝完成，臭氧裝置調試完成。2017年8月27日臭氧裝置閉路循環(huán)水系統充水，9月8日臭氧裝置01-M805B啟動(dòng)正常投運。表1為2017年9月8日至2018年1月11日污水系統臭氧裝置運行數據。
由表1可知，運行期間B套裝置啟動(dòng)2次，A套裝置啟動(dòng)3次，2套裝置臭氧質(zhì)量濃度正常，運行進(jìn)出氣溫度低于30℃、功率低于14kW、流量達20Nm3/h、出氣壓力小于0.1MPa，達到設計要求，滿(mǎn)足現場(chǎng)使用條件。
5、臭氧系統出水數據
表2為2017年9月7日至2018年1月12日臭氧系統出水數據。
由表2看出，2017年9月7日投運前COD質(zhì)量濃度為54.18mg/L，9月9日投運后系統出水COD質(zhì)量濃度為39.12mg/L；11月6日投運前COD質(zhì)量濃度為49.68mg/L，11月8日投運后系統出水COD質(zhì)量濃度為46.45mg/L；11月20日投運前COD質(zhì)量濃度為156mg/L，11月22日投運后系統出水COD質(zhì)量濃度為70.73mg/L；12月20日投運前COD質(zhì)量濃度為84.28mg/L，12月22日投運后系統出水COD質(zhì)量濃度為70.26mg/L；2018年1月10日投運前COD質(zhì)量濃度為63.21mg/L，1月12日投運后系統出水COD質(zhì)量濃度為52.67mg/L；臭氧裝置投運后系統出水COD明顯改善，呈下降趨勢。通過(guò)現場(chǎng)目視污水系統出水顏色，臭氧投運后出水顏色變淡，色度減小。
6、結束語(yǔ)
山西中煤平朔能源化工有限公司污水處理系統，相同工藝運行條件下，臭氧裝置投運前后，污水處理系統出水水質(zhì)指標COD、色度有明顯的改善，水質(zhì)較穩定。臭氧裝置對COD及色度的脫除達到了預期效果。（來(lái)源：山西中煤平朔能源化工有限公司）
