У унапређењу комуналних отпадних вода и пројектима напредног индустријског третмана, генератори озона су постали стандардни избор за напредне процесе оксидације. Али једна ствар коју искусни пројектантски институти и оператери постројења примећују је да током фазе предлога ретко купују сами генератор озона. Већину времена укључују ВПСА постројење за кисеоник као део истог пакета. Ово није груписање добављача. Образложење долази из хемије реакција и анализе трошкова животног циклуса.
Хемија синтезе озона поставља тешке захтеве за изворни гас
Генератор озона функционише тако што примењује високо-напонско пражњење да јонизује молекуле кисеоника, разбија О₂ и поново их комбинује у О₃. Ако систем напајате компримованим ваздухом (само 21% кисеоника), преостали азот учествује у споредним реакцијама и формира азотне оксиде (НОк). Ово ствара два проблема. Прво, НОк производи корозивну азотну киселину која напада цеви за пражњење и заптивке. Друго, азот троши енергију јонизације без стварања било каквог употребљивог озона, одржавајући принос изузетно ниским.
Зато је сваком професионалном генератору озона-професионалног квалитета потребан кисеоник високе{1}}концентрације као напојни гас. У теорији, повећање чистоће кисеоника са 21% на изнад 90% повећава ефикасност синтезе озона експоненцијално. Ово доводи до првог закључка: систем напојног гаса одређује економски плафон целокупне операције озона.
ВПСА техничке карактеристике и погодан за ову апликацију
ВПСА је скраћеница за вакуумску адсорпцију са заокретом. Процесни циклус има две фазе. При атмосферском притиску, молекуларна сита зеолита селективно адсорбују азот, омогућавајући да се кисеоник обогати и прикупи као продукт гаса. Затим вакуум пумпа десорбује ухваћени азот, регенеришући сито.
За апликације за третман отпадних вода, ВПСА нуди неколико јасних техничких предности.
1. Чистоћа и тачка росе. Добро-дизајниран ВПСА систем доследно испоручује 90–95% кисеоника. Уз правилно сушење након-третмана, тачка росе остаје испод -60 степени. Ово у потпуности испуњава захтеве генератора озона за чистоћу и сувоћу, спречавајући разлагање озона узроковано влагом или квар диелектричне цеви.
2. Флексибилност оптерећења. Проток отпадних вода и оптерећење загађивачима се мењају свакодневно и сезонски. ВПСА постројење може да подеси излаз кисеоника између 60% и 100% модулацијом улазних лопатица вентилатора или брзине мотора. Ова модулација једва утиче на чистоћу кисеоника, омогућавајући систему да прецизно одговара потражњи за озоном и избегне губитак енергије.
3. Безбедност. У поређењу са резервоарима за складиштење течног кисеоника, ВПСА се производи-на лицу места без посуда под високим-притиском, без криогених опасности и без ризика од камиона за доставу. За многе објекте, само ово чини ВПСА пожељном опцијом.
Упоредо--упоредно поређење главних опција снабдевања кисеоником
У стварној инжењерској пракси, осим ВПСА, разматрају се три опције напојног гаса: течни кисеоник (ЛОКС) и ПСА високог{0}}притиска. Директно техничко поређење показује где се ВПСА уклапа.
ЛОКС даје веома високу чистоћу (изнад 99,5%). Али његова слабост је зависност од понуде. За пројекте који се налазе далеко од индустријских гасних постројења, логистички ризик транспорта ЛОКС је значајан. Такође, ЛОКС резервоари имају неизбежни губитак статичког испаравања - отприлике 0,5–1% дневно чак и када се не користи кисеоник. Из перспективе системске енергије, ЛОКС је већ трошио енергију узводно кроз компресију ваздуха, течење, транспорт и поновну{8}}вапоризацију.
ПСА високог{0}}притиска користи исти принцип адсорпције као ВПСА, али се десорбује на атмосферском притиску уместо под вакуумом. Ово резултира мањим повратом кисеоника - типично 40–50% - у поређењу са ВПСА-овим 65% или већим обнављањем кроз вакуум десорпцију. Проценат опоравка директно утиче на потрошњу енергије по јединици произведеног кисеоника. За озонски систем отпадних вода који ради више од 20 сати дневно, годишња уштеда енергије од ВПСА може надокнадити почетну разлику у трошковима у релативно кратком периоду. Ово је посебно важно у условима садашњих високих цена електричне енергије.
Кључни инжењерски детаљи за системску интеграцију
Одабир праве технологије за производњу кисеоника је неопходан, али није довољан. Лоша интеграција може уништити перформансе чак и најбоље опреме. Неколико детаља се лако превиди, али имају одлучујући утицај на поузданост система.
- Усклађивање и повећање притиска кисеоника. ВПСА постројење обично испоручује кисеоник на око 0,05 МПа (мерач). Већина генератора озона захтева улазни притисак од 0,1-0,2 МПа. Стога је између њих потребан појачавач кисеоника. Потрошња енергије и поузданост овог степена појачања су централни за укупну потрошњу енергије помоћног система. Када бирате појачивач, изаберите онај који је отпоран на старење озона и има добар интегритет заптивача за употребу кисеоника.
- Постављање улазног ваздуха. Ова грешка се појављује чешће него што би требало. Деструктор генератора озона испушта концентровани озон из-гаса. Ако се довод ваздуха у ВПСА постројење налази низ ветар или сувише близу те тачке испуштања, систем увлачи озон високе{4}}концентрације. Озон је снажан оксидант и брзо уништава кристалну структуру молекуларног сита зеолита. Ова штета је неповратна и може бити фатална инжењерска грешка.
- Контрола тачке росе са редундансом. Иако се -тачка росе од 60 степени често наводи као довољна, инжењерско искуство сугерише да је двостепена расхладна сушара - са сушачем са хлађењем и сушачем за сушење - сигурнија. Мрежни монитор тачке росе на критичној линији инструмената пружа рано упозорење пре него што пробијање средства за сушење омогући да течна влага допре до скупих ћелија за отпуштање озона.
Да се вратимо на првобитно питање: зашто су генератори озона отпадних вода тако често упарени са ВПСА постројењима за кисеоник? Одговор лежи у физичкој хемији синтезе озона. Довод кисеоника-високе концентрације није опција - већ је предуслов за високу-ефикасност, малу-озонску оксидацију са дугим-веком.
За-снабдевање кисеоником на локацији у малим-до-опсезима капацитета (типично за већину апликација за отпадне воде), ВПСА нуди најбољу комбинацију поврата кисеоника, флексибилности смањења оптерећења и трошкова животног циклуса. Течни кисеоник ради, али носи ланац снабдевања и сигурност. ПСА високог-притиска ради, али троши више енергије за исти излаз. Разумевање ове техничке логике пружа праве смернице за оптимизацију напредног дизајна процеса оксидације у постројењима за пречишћавање отпадних вода.
