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盛兴集团彩票导航 臭氧发生器在泳池水处理行业中运用

时间:2015-11-05 | 浏览量:1263

臭氧发生器在泳池水处理行业中运用

1.游泳池使用臭氧的优点


    ◆臭氧及其二次产物(如羟基)具有最强的杀菌性及灭活病毒的作用,可有效防止传染性疾病的蔓延,实验证明,同样浓度的臭氧杀灭细菌和病毒的效果是氯的600-3000倍。在臭氧浓度为1mg/L时,粪型大肠杆菌的灭活只需要5秒,用同样浓度的氯要达到同样的效果需要15000秒。

    ◆臭氧是国际公认的环保型绿色杀菌剂,不会对环境造成任何二次污染,而氯制剂会与水中的有机物反应生成多种氯代有机化合物,如三氯甲烷、氯仿等,这些物质均为公认的致癌致突变物。当人游泳时,这些有毒物质会被人体所吸收(在水中人体每小时可吸收500毫升水)。水中的氯代有机化合物还会刺激人的眼睛及皮肤,从而引发红眼及皮疹。

    ◆从水中蒸发出来的氯代有机化合物以及氯气等有毒气体,损害人的呼吸器官,损害人的呼吸器官,而使用臭氧则完全不会产生此种问题。

    ◆加氯所产生的酸性物质严重腐蚀水处理系统及馆内设备和结构如网架、暖气等。

    ◆臭氧是最强的氧化剂,可有效分解水中的腐植质,氧化水中的铁、锰离子,分解水中散射光线的微小有机体,从而大大提高水的清澈度,使水呈现出美丽的蓝色,而氯制剂则无此效果。为使水呈蓝色,使用氯制剂的泳池,往往需加入铜盐,对人极为有害。

    ◆加入氯制剂后,必然会导致水的pH值的改变,使人感到不适,因而需加入碱性或酸性物质予以中和。而臭氧是中性物质,不会产生此种问题。

    ◆臭氧能确保大客流量及高温季节时水质的稳定性,高温及客流量大时,水质往往不佳,此时,如果使用氯制剂,则需大量投加,这将带来一系列副作用,如pH值的变化、对呼吸道及人体的刺激等;而大量投加臭氧则无此副作用。

    ◆使用臭氧发生器,可大大降低水处理工艺的管理及操作难度,同时臭氧发生器具有很高的安全性,而氯制剂在运输、储藏、使用时具有一定的危险性。

    ◆臭氧可分解水中的有机物且具有微絮凝作用,因而在正常客流量下,可以不用絮凝剂。

    ◆在一定的使用条件下,如逆流式循环、不使用活性炭滤罐,可将臭氧作为水处理唯一的药剂,而不必投加氯制剂、絮凝剂、pH调节剂。

    2.臭氧的产生方式

  一般常用两种方法制备臭氧:紫外线辐射法和电晕放电法。紫外线发生器用于较小的水量,比较简单和经济,但浓度较低,不超过0.1%;产量有限,一般仅为几克/小时,效率也很低,仅适用于按摩池等小型游泳池。电晕放电法臭氧发生器的效率较高、臭氧浓度及产量也大,对于每小时循环流量在10吨以上的游泳池,应采用此类臭氧发生器。

 2.1紫外线臭氧发生器

  小型游泳池和浴池可用紫外灯式臭氧发生器。通过用波长低于200nm的紫外线照射普通空气产生臭氧。当足够的紫外线能量加给氧分子,氧分子就分裂为两个自由的单原子氧,这些单原子与其它氧分子碰撞产生臭氧分子。臭氧发生器的产率由以下几个因素而定:紫外线的能量和波长,紫外线灯周围的空间,温度,湿度,以及空气中的氧气含量和通过发生器的空气流的体积。

 2.2电晕放电法臭氧发生器

  电晕放电法是将干燥的氧气或空气通过放电间隙,在高能电磁场下,氧气被电离成氧原子,氧原子与氧分子碰撞形成臭氧。其产率与氧的浓度、气体干燥度、电源频率、介电材料的厚度、介电常数等有直接联系。臭氧的发生效率与气体的干燥度成正比,与气体中的氧浓度成正比,与电源频率成正比,与放电间隙成反比,与介电层厚度成反比.

 3.影响臭氧发生器技术水平及质量的几个主要因素:

    3.1 气源

    气体的性质(高浓度氧或空气)及干燥度对臭氧发生器的效率及性能有着重要的影响。气源中含有的水气及微粒应被去除到最少,存在于气源中的杂质会沉积在电极表面影响放电。源气中的水气会导致两个严重的问题。第一,将会造成臭氧产量急剧下降,第二,空气中的一小部分氮将被氧化溶解在水气中形成硝酸对设备造成腐蚀。源气的露点应保持在-60℃以下以防止这类事情的发生。

    使用空气作气源时,臭氧产率随浓度的上升快速下降,例如,当臭氧浓度为13g/m3时(1.1%重量比),每度电能产生35克的臭氧,当臭氧浓度为20g/m3时,每度电只能产生28克左右臭氧。如要达到50g/m3的浓度,几乎无产量。因而采用空气作气源时,往往采用10-20g/m3左右的臭氧浓度(1-1.5%重量比)。

    以下几个原因使得采用高浓度氧气作为气源成为首选:第一,高浓度氧气的生产工艺保证了气源的纯净和低露点----可轻松达到-60℃以下。第二,高浓度氧气大幅度提高臭氧发生器的效率和性能,例如,采用高浓度氧气(92%)时,当臭氧浓度为50g/m3时(这样的浓度是空气法无法达到的),一个设计优良的臭氧发生器,每度电能产生100克以上的臭氧。第三,研究表明,臭氧的溶解度符合亨利定律。这意味着臭氧的浓度越高,臭氧的溶解效率也就越高。将臭氧浓度从1%提高到4-6%,同样的剂量可以使更多地臭氧溶解在水中而且同时相应的提高处理效果。第四,高浓度臭氧气使得需要溶解的气体体积减少到空气法的1/5,加压泵功耗中有空气法臭氧的1/5。第五,氧气制备系统提供的清洁环境可增加臭氧放电组件的使用寿命,并相应地减少系统的维护费用。现代一般采用分子筛变压吸附法制取高浓度氧气。

    3.2 放电电源

    臭氧由于是在高能电磁场下形成的,因而需要有外界提供相应的能量,这就是臭氧放电电源,电源频率的提高可减少设备体积,降低放电电压,提高系统的安全性和可靠性,但中高频电源的应用需要电力半导体技术做支撑。臭氧在应用之初,使用的是工频电源,设备体积庞大。随着电力半导体技术的飞速发展,中高频臭氧发生器电源的可靠性得到大幅度的提高,目前国际上先进臭氧发生器厂家在大功率臭氧发生器上普遍采用了中高频电源(大于400Hz)。在小型臭氧发生器也有采用工频电源的。

    3.3 臭氧发生筒

    臭氧发生筒是臭氧发生器的核心元件之一,也是故障高发区。它影响到臭氧发生器的放电电压、效率及可靠性,因而国际通行的标准是生产厂家对臭氧发生筒保修3年。由于臭氧发生器生产厂家的其它部件大多为外购(如控制及电器元件),因而臭氧发生筒的性能是衡量臭氧发生器生产厂商研发能力的重要标志。

    3.4 控制及电器元件

    一台先进的臭氧发生器应具备各种控制及保护功能,国内外先进的臭氧发生器均以PLC为控制核心,具有远控功能,并可由主控台对系统进行控制。可实现与循环泵、加压泵等的联动。具有短路保护、冷却水过温保护、变压器过温保护、机柜开关保护等各项联锁保护功能。各种控制及传感元器件的性能直接影响到臭氧发生器的可靠性,一般来说,如果一台臭氧发生器上的控制及电器元件选择合理,则该部分的可靠性会得到保障。

  4.国产臭氧发生器的技术水平

    国内已有许多臭氧发生器生产厂家,其中有些厂家在技术上没有研发能力和测试手段;在生产上,采用质量低劣的元器件,造成系统不能正常运行;在销售上,采用虚假的宣传手法,例如,吹嘘自己的产品是某某大学的技术,产生1公斤臭氧耗电量只有1度等等;在使用上,不能对用户进行有效的技术指导。这些,都妨碍了国产臭氧发生器的推广应用。

    目前,国内已涌现出一些拥有自主知识产权的厂家,这些厂家拥有自已的研发队伍,在臭氧发生器技术水平和质量上,已达到国际先进水平,产品在许多大型游泳场馆和国际性游泳比赛中得到了应用。

    国产先进臭氧发生器的技术水平及质量主要体现在以下几个方面

    ◆气源

    先进的臭氧发生器,应采用高效分子筛变压吸附制氧技术生产高浓度氧气作为气源,其浓度>85%,露点低于-60℃。

    ◆放电电源

    国产先进的臭氧发生器,采用高频放电电源,与工频相比,系统的体积减少了70%,放电电压降低50%以上,臭氧发生效率和自控水平得到了提高。

    ◆臭氧发生筒

    国产先进的臭氧发生器,拥有自主知识产权,采用低温等离子体放电技术,放电电压比常规管式放电降低50%以上,臭氧浓度提高1倍以上。无故障工作时间达到20000小时以上,处于国际领先水平。

    ◆臭氧发生器的控制

    与国际上先进的臭氧发生器一样,国产优质臭氧发生器也以PLC为控制核心,可由主控台对系统进行控制,并实现了循环泵、加压泵等的联动。具有短路保护、冷却水过温保护、变压器过温保护、机柜开关保护等各项联锁保护功能。

    ◆臭氧发生器的效率

    包括臭氧发生器的耗电量、气体制备系统的耗电量、臭氧气水混合系统的耗电量。在游泳池臭氧系统中,以一台400g/h的臭氧发生系统为例,采用空气作气源、臭氧浓度为20mg/1时,系统耗电量(含臭氧发生器、气体净化干燥系统、加压泵)约为40W/g O3。采用氧气作气源时,臭氧浓度为80mg/1时,系统耗电量约为35W/g O3。

    ◆设备所采用的元器件

    臭氧发生器的质量和性能在很大程度上取决于元器件的质量,国内先进厂家的臭氧产品元器件已实现采购国际化。

    5.臭氧投加量计算

    臭氧投加应遵循规范要求,但应注意,无论是全流量还是分流量,当循环周期为6小时时,臭氧投加量均不应低于0.6mg/1,最好按1.0mg/1计算,否则无法得到满意效果。

    6.臭氧在游泳池中的应用方法

    6.1传统的方法

  传统的游泳池臭氧消毒理论认为:臭氧是一种非常强的氧化剂,有毒性,所以绝对不允许臭氧进入游泳池内。因为臭氧的比重大于空气,如果从水中析出,就会浮在水面上,形成一个浓度较高的臭氧层,很容易被人吸入,造成中毒。所以,在水与臭氧反应之后回到游泳池内之前,必须经过脱臭氧装置,防止剩余的臭氧进入游泳池,在脱臭氧装置之后,为维持长效杀菌作用,需投加氯制剂

传统的泳池水处理臭氧消毒法有以下特征:

    ◆臭氧的投加量在0.8-1.0mg/1;

    ◆必须有较大容积的臭氧反应器,以保证臭氧与水的接触反应时间不小于2分钟;

    ◆保证臭氧与水反应后,水中剩余臭氧浓度不小于0.4mg/1

    ◆在进入水池前利用活性炭脱除全部剩余臭氧;

    ◆臭氧消毒后,投加氯消毒剂,使余氯达到0.3-0.6mg/1。

    在实际应用当中,上述方法存在如下问题:

    ◆臭氧利用率问题;传统的泳池臭氧消毒工艺需要把剩余臭氧脱除。规范要求臭氧投加浓度在1.0mg/l左右,剩余臭氧浓度大于0.4mg/l,这些剩余的0.4mg/l臭氧未被利用就被脱除了,等于被利用的臭氧只有0.mg/l左右,其余的臭氧被浪费掉了。而且,将臭氧脱除后,还需要再加氯作为长效消毒剂。

    ◆基建投资问题:按传统游泳池循环水臭氧消毒方法,臭氧与水的接触时间最好在3分钟以上,如果以最短接触时间2分钟计,对于一个标准池来说(2400m3左右),水处理循环流量为400m3/h,2分钟流量为13.3m3。按照要求,活性炭滤罐的滤速为30m/h,这就需要一个过滤面积为13.3 m3的活性炭滤罐,这将大大增加机房的面积,同时臭氧系统的造价会增加30%以上。
   
实际上,如果不脱除臭氧,这些问题有可能得到解决。因此,国内外都有许多单位对此方法进行了研究和应用。

    6.2不脱除臭氧消毒法的理论分析

    国内外的分析研究表明:

    ◆空气中的臭氧浓度大于0.1mg/1小时能对人体呼吸器官产生刺激,在这个浓度下,对人体影响不大;池水中的臭氧浓度在0.15mg/1以下时,对人体无害。

    ◆由于臭氧在水中和空气中都会衰减,且半衰期较短,因此不会产生臭氧浓度的累积;

    ◆不脱除臭氧消毒法的部分接触反应区域是在游泳池中,因而所投加的臭氧都能起到消毒作用;

    ◆通过臭氧浓度监测仪测定池水中臭氧含量并输出信号,可以控制臭氧发生量,以保证池水中臭氧浓度不超过设防定值;

    ◆当采用逆流式循环时,含有臭氧的进水在5分钟之内即可到达池子的每一点,而臭氧的半衰期为20分钟,当水中臭氧浓度为0.05mg/1时,即可保证杀菌效果;

    ◆需要强指出的是,目前全球范围内尚无一例死于臭氧中毒的报道,而死于氯中毒的却高达10万人。毒理学实验表明,在相同剂量下,臭氧的毒性低于氯,将毒性小、杀菌效果好的臭氧除掉而加入毒性大、杀菌效果差的氯,令人很难理解。

    设备运行情况:夏季每天运行时间约为14小时,循环两次,其余季节,每天运行8小时左右,循环一次,为节约成本,时间基本安排在夜间。

    臭氧投加方式:原系统设计具有活性炭滤罐脱除臭氧工艺,本次改造后,有1/2水流经过活性炭罐以吸附其中的有机物,另一半水流不经过活性炭罐,直接经傍流管入池以充分利用臭氧。

    几点体会:

    ◆泳池应采用逆流式循环布水方式,在此情况下,含有臭氧的进水可快速与池水混合,有可能不用投加其它化学药剂,如氯、絮凝剂、pH调节剂等,在实际运行中,逆流式布水方式带来的其它好处只有游泳池管理者才能真正体会到,如水面漂浮物容易清除、节水节能、池子清洁工作量小等。

    ◆泳池水采用臭氧消毒时,不必也不应该脱除剩余臭氧,水中的剩余臭氧不会达到对人造成伤害的浓度。

    ◆采用逆流式循环不脱除臭氧时,如果池水能按规范进行循环,在正常客流量下,臭氧投加量在0.5mg/l时,可满足消毒需要,但设计时应考虑留出余量。

    ◆可采用ORP控制器对水中的臭氧浓度进行监测,当池水回水的臭氧浓度偏高(大于0.1ppm)时,关闭臭氧发生器,可防止空气中的臭氧浓度超标(0.1ppm)。

    ◆ 过滤对水质起着决定性作用,在滤料粒径在0.45-0.8mm时,如果滤层厚度(不包括承托层厚度)能达到900mm,则臭氧投加量就可减少,否则,投加再多的臭氧也无法保证水质。

    ◆如果要投加氯制剂,则余氯达到0.1ppm时,即可满足消毒需要。

 

 

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