V projektih izboljšave komunalne odpadne vode in naprednega industrijskega čiščenja so generatorji ozona postali standardna izbira za napredne procese oksidacije. Toda ena stvar, ki jo opažajo izkušeni projektantski inštituti in upravljavci obratov, je, da v fazi priprave predloga redko kupijo sam generator ozona. Največkrat v isti paket vključijo kisikarno VPSA. To ni združevanje prodajalcev. Utemeljitev izhaja iz reakcijske kemije in analize stroškov življenjskega cikla.
Kemija za sintezo ozona postavlja stroge zahteve za dovodni plin
Generator ozona deluje tako, da z visoko{0}}napetostno razelektritvijo ionizira molekule kisika, razbije O₂ in jih ponovno združi v O₃. Če sistem napajate s stisnjenim zrakom (samo 21% kisika), preostali dušik sodeluje v stranskih reakcijah in tvori dušikove okside (NOx). To ustvarja dve težavi. Prvič, NOx proizvaja jedko dušikovo kislino, ki napada izpustne cevi in tesnila. Drugič, dušik porablja ionizacijsko energijo, ne da bi proizvedel uporaben ozon, zaradi česar je izkoristek izjemno nizek.
Zato vsak-profesionalni generator ozona zahteva visoko{1}}koncentracijo kisika kot napajalni plin. Teoretično povečanje čistosti kisika z 21 % na več kot 90 % eksponentno poveča učinkovitost sinteze ozona. To vodi do prvega zaključka: sistem dovodnega plina določa ekonomsko zgornjo mejo celotnega delovanja ozona.
Tehnične lastnosti VPSA in primernost za to aplikacijo
VPSA je kratica za vakuumsko tlačno nihajno adsorpcijo. Procesni cikel ima dve fazi. Pri atmosferskem tlaku molekularna sita zeolita selektivno adsorbirajo dušik, kar omogoča obogatitev kisika in zbiranje kot produktni plin. Nato vakuumska črpalka desorbira zajeti dušik in regenerira sito.
Za aplikacije čiščenja odpadne vode VPSA ponuja več jasnih tehničnih prednosti.
1. Čistost in rosišče. Dobro-zasnovan sistem VPSA zagotavlja dosledno 90–95 % kisika. S pravilnim-sušenjem po obdelavi ostane rosišče pod -60 stopinjami. To v celoti izpolnjuje zahteve generatorja ozona glede čistoče in suhosti ter preprečuje z vlago povezano razgradnjo ozona ali okvaro dielektrične cevi.
2. Prilagodljivost obremenitve. Pretok odpadne vode in obremenitve onesnaževalcev se dnevno in sezonsko spreminjajo. Obrat VPSA lahko prilagodi izpust kisika med 60 % in 100 % z modulacijo vstopnih vodilnih lopatic puhala ali hitrosti motorja. Ta modulacija skoraj ne vpliva na čistost kisika, kar omogoča sistemu, da se natančno prilagodi povpraševanju po ozonu in se izogne izgubi energije.
3. Varnost. V primerjavi z rezervoarji za shranjevanje tekočega kisika je VPSA-generacija na kraju samem brez-posod pod visokim{3}}tlakom, brez kriogenih nevarnosti in brez tveganj dostavnega vozila. Za številne objekte je že zaradi tega VPSA prednostna možnost.
Vzporedna--primerjava glavnih možnosti oskrbe s kisikom
V resnični inženirski praksi se poleg VPSA upoštevajo še tri možnosti dovodnega plina: tekoči kisik (LOX) in visoko{0}}tlačni PSA. Neposredna tehnična primerjava pokaže, kam ustreza VPSA.
LOX zagotavlja zelo visoko čistost (nad 99,5 %). Toda njegova slabost je odvisnost od ponudbe. Za projekte, ki se nahajajo daleč od industrijskih plinskih obratov, je logistično tveganje transporta LOX veliko. Poleg tega imajo rezervoarji LOX neizogibno izgubo statičnega izhlapevanja - približno 0,5–1 % na dan, tudi če se ne uporablja kisik. Z vidika sistemske energije je LOX že porabil energijo navzgor s stiskanjem zraka, utekočinjanjem, transportom in ponovnim -uparjanjem.
Visok{0}}tlačni PSA uporablja isti princip adsorpcije kot VPSA, vendar desorbira pri atmosferskem tlaku namesto pod vakuumom. Posledica tega je nižja pridobitev kisika - običajno 40–50 % - v primerjavi s 65 % ali višjo pridobitvijo VPSA z vakuumsko desorpcijo. Odstotek rekuperacije neposredno vpliva na porabo energije na enoto proizvedenega kisika. Za ozonski sistem za odpadne vode, ki deluje več kot 20 ur na dan, lahko letni prihranek energije zaradi VPSA izravna začetno razliko v stroških v relativno kratkem času. To je še posebej pomembno ob trenutnih visokih cenah električne energije.
Kritični tehnični podatki za sistemsko integracijo
Izbira prave tehnologije pridobivanja kisika je nujna, vendar ne zadostna. Slaba integracija lahko uniči delovanje tudi najboljše opreme. Številne podrobnosti zlahka spregledamo, vendar odločilno vplivajo na zanesljivost sistema.
- Ujemanje in povečanje tlaka kisika. Obrat VPSA običajno dovaja kisik pri približno 0,05 MPa (merilnik). Večina generatorjev ozona zahteva vstopni tlak 0,1–0,2 MPa. Med njima je zato potreben spodbujevalec kisika. Poraba energije in zanesljivost te ojačevalne stopnje sta bistveni za skupno porabo energije pomožnega sistema. Ko izbirate spodbujevalnik, izberite takega, ki je odporen proti staranju ozona in ima dobro celovitost tesnila za oskrbo s kisikom.
- Namestitev vstopnega zraka. Ta napaka se pojavi pogosteje, kot bi se morala. Destruktor generatorja ozona odvaja koncentrirani ozon iz-plina. Če je vstopna odprtina za zrak naprave VPSA v smeri vetra ali preblizu te točke izpusta, sistem posrka ozon z visoko-koncentracijo. Ozon je močan oksidant in hitro uniči kristalno strukturo zeolitnega molekularnega sita. Ta škoda je nepopravljiva in je lahko usodna inženirska napaka.
- Nadzor rosišča z redundanco. Medtem ko se -točka rosišča 60 stopinj pogosto navaja kot zadostna, inženirske izkušnje kažejo, da je dvo{3}}stopenjski sušilni niz - hladilni sušilnik in sušilni sušilnik varnejši. Spletni monitor rosišča na kritični liniji instrumentov zagotavlja zgodnje opozorilo, preden preboj sušilnega sredstva omogoči tekoči vlagi, da doseže drage celice za odvajanje ozona.
Če se vrnem k prvotnemu vprašanju: zakaj so generatorji ozona v odpadni vodi tako pogosto povezani s kisikovimi napravami VPSA? Odgovor je v fizikalni kemiji sinteze ozona. Dovajanje kisika z visoko-koncentracijo ni možnost - je predpogoj za visoko-učinkovitost, nizko-moč in dolgo-življenjsko oksidacijo ozona.
Za-oskrbo s kisikom na mestu v majhnih-do-razponih srednje zmogljivosti (tipično za večino aplikacij za odpadne vode) VPSA ponuja najboljšo kombinacijo rekuperacije kisika, prilagodljivosti zmanjšanja obremenitve in stroškov življenjskega cikla. Tekoči kisik deluje, vendar prinaša dodatne stroške za dobavno verigo in varnost. Visok{5}}tlačni PSA deluje, vendar porabi več energije za enako moč. Razumevanje te tehnične logike nudi resnične smernice za optimizacijo načrtovanja naprednega oksidacijskega procesa v čistilnih napravah.
