一种非接触式臭氧气体增压浓缩装置及其应用

本发明属于污水处理，具体涉及一种非接触式臭氧气体增压浓缩装置及其应用。

背景技术：

1、臭氧因其氧化效果好且没有二次污染，广泛应用于工业废水处理。影响臭氧氧化效果的因素很多，其中最重要的指标是水中的臭氧浓度。根据亨利定律，气体在水中的溶解度与其平衡分压呈正比，即臭氧气体工作压力越大，其溶解度越大，水中的臭氧浓度越高，处理效果就越好。但国内外商用臭氧发生器受臭氧产生原理限制，出口压力为0.1mp左右，只能采用开敞式曝气方式投加臭氧，不能满足压力式臭氧氧化工艺要求(0.3mp以上)，因此，高效臭氧氧化工艺迫切需要对臭氧气体增压浓缩。

2、臭氧高温分解、腐蚀性极强的特性决定了臭氧气体增压的不易。气体增压后温度上升对其它气体性质没有影响，但臭氧不同，在高温环境中(40-50℃)会迅速分解成氧气，失去了增压的意义；常用气体增压设备的密封和润滑材料受臭氧腐蚀很快失效，不能用来增压臭氧气体，比如活塞型气体增压设备，同时存在泵体发热和密封材料腐蚀问题，隔膜型增压设备存在泵体发热和压力较低等问题，国内外还没有成熟的对臭氧气体加压设备和技术。因此臭氧气体增压浓缩需要在温度控制和防腐蚀两方面取得突破。

3、国内外学者对臭氧加压方法进行了一些探索。申请号为201820175120.9的中国实用新型专利“一种臭氧加压装置”，公开了一种通过增压气泵进行臭氧加压的方法，由于臭氧的强氧化性和加压后温度上升带来的臭氧分解问题，该方法不可行。申请号为201921121212.x的中国实用新型专利“一种臭氧加压反应装置”，公开了一种通过泄压阀保持罐体内部的压力处于一定范围方法，属于在臭氧发生器初始压力范围内进行压力式曝气，没有涉及臭氧气体增压问题。申请号为202110753048.x的中国发明专利申请“一种提高臭氧溶气及利用效率的序批式投加装置及方法”公开了一种序批式、利用污水压入装满臭氧气体的反应罐进行溶气氧化方法，反应一段时间后排气、排水，再次循环。该方法可以增加臭氧气体的压力，降低温度，但臭氧气体只和水面接触，气液混合不充分，污水处理效果和效率差，反应过程不连续。申请号为202221022316.7的中国实用新型专利“一种水动力臭氧气体增压装置”也公布了一种通过水压气来提高臭氧气体压力的方法，通过对充满臭氧气体的压力罐注水挤压提高臭氧气体压力后排出，然后再排水、充气，如此反复。但这种方式臭氧有相当部分会溶解在循环加压水中，造成加压后臭氧气体浓度衰减，循环加压水中残留臭氧对环境的影响较大等问题，过程控制也相当复杂。

技术实现思路

1、解决的技术问题：针对上述现有技术存在的加压后温度上升造成臭氧分解剧烈、臭氧腐蚀加压设备、水力加压臭氧溶解在水中等问题，本发明提供一种非接触式臭氧气体增压浓缩装置及其应用，能够提供一种实现臭氧气体增压、控温、防衰减的可行装置，为高效臭氧氧化工艺提供连续的高压、高浓度臭氧气源。

2、技术方案：一种非接触式臭氧气体增压浓缩装置，包括臭氧发生器、活塞袋式加压罐、单向进气阀、单向出气阀和压力式臭氧反应器，

3、所述活塞袋式加压罐包括罐体、活塞、防腐气袋、冷凝管和工作水体，所述罐体由上面直径小、下面直径大的两个空心圆柱腔体连接而成，活塞上下活动连接于上空心圆柱腔体内壁，活塞处于下部时，其底部充满工作水体，活塞向上运动时，活塞底部与工作水体脱离；

4、防腐气袋设于下空心圆柱腔体中间，且防腐气袋两侧连接通气管，一侧通气管伸出一侧下空心圆柱腔体壁通过单向进气阀与臭氧发生器管道连接，另一侧通气管伸出另一侧下空心圆柱腔体壁通过单向出气阀与压力式臭氧反应器管道连接，冷凝管设于下空心圆柱腔体下部，用于冷凝工作水体。

5、作为优选，所述非接触式臭氧气体增压浓缩装置还包括储气箱，所述储气箱设于臭氧发生器和单向进气阀连接的管道中间，用于缓冲待增压的臭氧气体。

6、作为优选，所述压力式臭氧反应器包括反应器本体、曝气器、污水和定压排气阀，所述污水填充于反应器本体内部，曝气器设于反应器本体底部，曝气器底部进气端与单向出气阀管道连接，定压排气阀通过管道连接于反应器本体顶部开口处。

7、作为优选，所述防腐气袋为聚四氟乙烯气袋。

8、作为优选，所述冷凝管为蛇形铜管，冷凝管内设有冷凝水。

9、基于上述一种非接触式臭氧气体增压浓缩装置的应用，具体应用过程如下：

10、步骤一.打开臭氧发生器，活塞向上运动，活塞袋式加压罐内工作水体压力得到释放，使单向进气阀打开，单向出气阀关闭，臭氧发生器产生的臭氧在自身压力下充满防腐气袋；

11、步骤二.活塞向下运动时，开始挤压活塞袋式加压罐内工作水体以及防腐气袋，单向进气阀关闭，随着压力增加，防腐气袋逐步缩小，当压力大于设定值时，单向出气阀打开，开始排气直到排空，压力设定值由压力式臭氧反应器提供，如此反复，形成一个连续的臭氧增压浓缩过程。

12、作为优选，所述活塞上下运动的频率f(次/min)由臭氧发生器产生的臭氧气体流量q(l/min)和防腐气袋体积v(l)决定，即q＝f*v。

13、有益效果：1、本发明采用水气分隔原理实现非接触式臭氧加压，加压过程中，臭氧不与活塞和工作水体接触，因此不存在臭氧在水中的溶解和腐蚀活塞运动系统等问题。

14、2、本发明工作水体环绕气袋方式对臭氧气体加压后产生的热量传导迅速，冷凝系统的设置可维持低温环境，避免臭氧分解。

15、3、本发明臭氧气体输出压力由后续的压力式臭氧反应器的需求决定，并且活塞运动频率较高，是一种基本连续的臭氧气体加压装置。

16、4、本发明加压过程自动完成，无需过程控制，结构简单。

17、综上，本发明针对现有的气体加压设备和技术均不适合臭氧增压浓缩、工程上没有臭氧气体加压的应用的问题，提出了一种切实可行的技术方案，能够高效臭氧氧化工艺提供连续的高压、高浓度臭氧气源，意义重大，解决了目前工程急需的问题。

技术特征：

1.一种非接触式臭氧气体增压浓缩装置，其特征在于，包括臭氧发生器（1）、活塞袋式加压罐（3）、单向进气阀（8）、单向出气阀（9）和压力式臭氧反应器（10）， 所述活塞袋式加压罐（3）包括罐体、活塞（4）、防腐气袋（5）、冷凝管（6）和工作水体（7），所述罐体由上面直径小、下面直径大的两个空心圆柱腔体连接而成，活塞（4）上下活动连接于上空心圆柱腔体内壁，活塞（4）处于下部时，其底部充满工作水体（7），活塞（4）向上运动时，活塞（4）底部与工作水体（7）脱离； 防腐气袋（5）设于下空心圆柱腔体中间，且防腐气袋（5）两侧连接通气管，一侧通气管伸出一侧下空心圆柱腔体壁通过单向进气阀（8）与臭氧发生器（1）管道连接，另一侧通气管伸出另一侧下空心圆柱腔体壁通过单向出气阀（9）与压力式臭氧反应器（10）管道连接，冷凝管（6）设于下空心圆柱腔体下部，用于冷凝工作水体（7）。

2.根据权利要求1所述的一种非接触式臭氧气体增压浓缩装置，其特征在于，所述非接触式臭氧气体增压浓缩装置还包括储气箱（2），所述储气箱（2）设于臭氧发生器（1）和单向进气阀（8）连接的管道中间，用于缓冲待增压的臭氧气体。

3.根据权利要求1所述的一种非接触式臭氧气体增压浓缩装置，其特征在于，所述压力式臭氧反应器（10）包括反应器本体、曝气器（11）、污水（12）和定压排气阀（13），所述污水（12）填充于反应器本体内部，曝气器（11）设于反应器本体底部，曝气器（11）底部进气端与单向出气阀（9）管道连接，定压排气阀（13）通过管道连接于反应器本体顶部开口处。

4.根据权利要求1所述的一种非接触式臭氧气体增压浓缩装置，其特征在于，所述防腐气袋（5）为聚四氟乙烯气袋。

5.根据权利要求1所述的一种非接触式臭氧气体增压浓缩装置，其特征在于，所述冷凝管（6）为蛇形铜管，冷凝管（6）内设有冷凝水。

6.基于权利要求1所述的一种非接触式臭氧气体增压浓缩装置的应用，其特征在于，具体应用过程如下：

7.根据权利要求6所述的一种非接触式臭氧气体增压浓缩装置的应用，其特征在于，活塞（4）上下运动的频率f（次/min）由臭氧发生器（1）产生的臭氧气体流量q（l/min）和防腐气袋（5）体积v (l)决定，即q=f *v 。

技术总结
一种非接触式臭氧气体增压浓缩装置及其应用，所述装置由臭氧发生器、储气箱、活塞袋式加压罐、压力式臭氧反应器串联构成。所述活塞袋式加压罐下部中间设置左右开口的防腐气袋，左边固定在连通管上经单向进气阀与储气箱相连，右边固定在连通管上经单向出气阀与压力式臭氧反应器连接，防腐气袋淹没在工作水体中，活塞设置在加压罐上部，做上下运动，加压罐底下部设置冷凝管，所述压力式臭氧反应器为加压罐提供恒定的出口压力。装置通过活塞压水，水力挤压气袋的方法对臭氧气体进行加压，实现非接触式臭氧加压浓缩。本发明提供了一种实现臭氧气体增压、控温、防衰减的可行装置，为高效臭氧氧化工艺提供连续的高压、高浓度臭氧气源。

技术研发人员：鄢一新
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15