Komunālo notekūdeņu modernizācijas un rūpnieciskās uzlabotās attīrīšanas projektos ozona ģeneratori ir kļuvuši par standarta izvēli progresīviem oksidācijas procesiem. Taču viena lieta, ko pamana pieredzējuši projektēšanas institūti un iekārtu operatori, ir tas, ka priekšlikuma stadijā viņi reti iegādājas ozona ģeneratoru atsevišķi. Lielāko daļu laika tajos ir iekļauta VPSA skābekļa rūpnīca kā daļa no tās pašas paketes. Šī nav pārdevēja komplektēšana. Pamatojums izriet no reakcijas ķīmijas un dzīves cikla izmaksu analīzes.
Ozona sintēzes ķīmija nosaka stingras prasības barības gāzei
Ozona ģenerators darbojas, izmantojot augsta{0}sprieguma izlādi, lai jonizētu skābekļa molekulas, sadalot O₂ un pārkombinējot tās par O₃. Ja barojat sistēmu ar saspiestu gaisu (tikai 21% skābekļa), atlikušais slāpeklis piedalās blakusreakcijās un veido slāpekļa oksīdus (NOx). Tas rada divas problēmas. Pirmkārt, NOx ražo kodīgu slāpekļskābi, kas uzbrūk izplūdes caurulēm un blīvēm. Otrkārt, slāpeklis patērē jonizācijas enerģiju, neradot izmantojamu ozonu, tādējādi saglabājot ārkārtīgi zemu ražu.
Tāpēc jebkuram profesionālam-ozona ģeneratoram kā barošanas gāzei ir nepieciešams augstas-koncentrācijas skābeklis. Teorētiski skābekļa tīrības paaugstināšana no 21% līdz virs 90% palielina ozona sintēzes efektivitāti eksponenciāli. No tā izriet pirmais secinājums: padeves gāzes sistēma nosaka visas ozona darbības ekonomiskos griestus.
VPSA tehniskās īpašības un piemērotība šai lietojumprogrammai
VPSA apzīmē vakuuma spiediena svārstību adsorbciju. Procesa ciklam ir divas fāzes. Atmosfēras spiedienā ceolīta molekulārie sieti selektīvi adsorbē slāpekli, ļaujot skābekli bagātināt un savākt kā produkta gāzi. Pēc tam vakuumsūknis desorbē uztverto slāpekli, atjaunojot sietu.
Notekūdeņu attīrīšanas vajadzībām VPSA piedāvā vairākas nepārprotamas tehniskas priekšrocības.
1. Tīrība un rasas punkts. Labi-izstrādāta VPSA sistēma konsekventi nodrošina 90–95% skābekļa. Pareizi žāvējot pēc-apstrādes, rasas punkts paliek zem -60 grādiem. Tas pilnībā atbilst ozona ģeneratora prasībām attiecībā uz tīrību un sausumu, novēršot ar mitrumu saistītu ozona sadalīšanos vai dielektriskās caurules bojājumus.
2. Slodzes elastība. Notekūdeņu plūsma un piesārņotāju slodzes mainās katru dienu un sezonāli. VPSA iekārta var regulēt skābekļa padevi no 60% līdz 100%, modulējot ventilatora ieplūdes virzošās lāpstiņas vai motora ātrumu. Šī modulācija gandrīz neietekmē skābekļa tīrību, ļaujot sistēmai precīzi pielāgot ozona pieprasījumu un izvairīties no enerģijas izšķērdēšanas.
3. Drošība. Salīdzinot ar šķidrā skābekļa uzglabāšanas tvertnēm, VPSA tiek ražots-uz vietas bez augstspiediena tvertnēm-, bez kriogēnas briesmas un bez piegādes kravas automašīnas riska. Daudzām iekārtām tas vien padara VPSA par vēlamo iespēju.
-Sāciet ar-Galveno skābekļa padeves iespēju salīdzinājums
Reālajā inženierzinātnēs papildus VPSA tiek ņemtas vērā trīs padeves gāzes iespējas: šķidrais skābeklis (LOX) un augstspiediena -PSA. Tiešs tehniskais salīdzinājums parāda, kur VPSA der.
LOX nodrošina ļoti augstu tīrības pakāpi (virs 99,5%). Bet tā vājā puse ir atkarība no piegādes. Projektiem, kas atrodas tālu no rūpnieciskajām gāzes rūpnīcām, LOX transportēšanas loģistikas risks ir ievērojams. Turklāt LOX tvertnēm ir neizbēgami statiskie iztvaikošanas zudumi - aptuveni 0,5–1% dienā, pat ja netiek izmantots skābeklis. No sistēmas enerģijas viedokļa LOX jau patērēja enerģiju, izmantojot gaisa saspiešanu, sašķidrināšanu, transportēšanu un atkārtotu iztvaikošanu.
Augstspiediena -PSA izmanto to pašu adsorbcijas principu kā VPSA, bet desorbējas atmosfēras spiedienā, nevis vakuumā. Tas rada mazāku skābekļa atgūšanu - parasti par 40–50% -, salīdzinot ar VPSA atgūstamību par 65% vai lielāku vakuuma desorbcijas rezultātā. Atgūšanas procents tieši ietekmē enerģijas patēriņu uz saražotā skābekļa vienību. Notekūdeņu ozona sistēmai, kas darbojas vairāk nekā 20 stundas dienā, VPSA ikgadējais enerģijas ietaupījums var kompensēt sākotnējo izmaksu starpību salīdzinoši īsā laika periodā. Tas ir īpaši svarīgi pašreizējo augsto elektroenerģijas cenu apstākļos.
Svarīga inženiertehniskā informācija sistēmas integrācijai
Ir nepieciešams izvēlēties pareizo skābekļa ražošanas tehnoloģiju, bet ar to nepietiek. Slikta integrācija var sabojāt pat labākā aprīkojuma veiktspēju. Vairākas detaļas var viegli aizmirst, taču tām ir izšķiroša ietekme uz sistēmas uzticamību.
- Skābekļa spiediena saskaņošana un paaugstināšana. VPSA iekārta parasti piegādā skābekli ar aptuveni 0,05 MPa (manometrs). Lielākajai daļai ozona ģeneratoru ir nepieciešams 0,1–0,2 MPa ieplūdes spiediens. Tāpēc starp tām ir nepieciešams skābekļa pastiprinātājs. Šīs pastiprināšanas pakāpes enerģijas patēriņš un uzticamība ir galvenais palīgsistēmas enerģijas patēriņš. Izvēloties pastiprinātāju, izvēlieties tādu, kas ir izturīgs pret ozona novecošanos un kam ir laba blīvējuma integritāte skābekļa apkalpošanai.
- Ieplūdes gaisa novietojums. Šī kļūda parādās biežāk, nekā vajadzētu. Ozona ģeneratora destruktors izdala koncentrētu ozonu no-gāzes. Ja VPSA iekārtas gaisa ieplūdes atvere atrodas pa vējam vai pārāk tuvu šim izplūdes punktam, sistēma ievelk augstas -koncentrācijas ozonu. Ozons ir spēcīgs oksidētājs un ātri iznīcina ceolīta molekulārā sieta kristāla struktūru. Šis bojājums ir neatgriezenisks un var būt nāvējoša inženierijas kļūda.
- Rasas punkta kontrole ar atlaišanu. Lai gan -60 grādu rasas punkts bieži tiek minēts kā pietiekams, inženierzinātņu pieredze liecina, ka divu-pakāpju žāvēšanas vilcienu - ledusskapis un žāvētājs ar žāvēšanu ir drošāks. Tiešsaistes rasas punkta monitors kritiskajā instrumentu līnijā nodrošina agrīnu brīdinājumu, pirms desikants ļauj šķidram mitrumam sasniegt dārgas ozona izlādes šūnas.
Atgriežoties pie sākotnējā jautājuma: kāpēc notekūdeņu ozona ģeneratori tik bieži tiek savienoti pārī ar VPSA skābekļa rūpnīcām? Atbilde slēpjas ozona sintēzes fizikālajā ķīmijā. Augstas-koncentrācijas skābekļa padeve nav izvēles iespēja, - tas ir priekšnoteikums augstai-efektivitātei, mazai-jaudai, ilgstošai-noturīgai ozona oksidācijai.
Skābekļa piegādei uz vietas-mazā-līdz-vidējā jaudas diapazonā (tipiski lielākajai daļai notekūdeņu lietojumu), VPSA piedāvā labāko skābekļa atgūšanas, slodzes samazināšanas elastības un dzīves cikla izmaksu kombināciju. Šķidrais skābeklis darbojas, bet nodrošina piegādes ķēdi un drošību. Augsta -spiediena PSA darbojas, taču patērē vairāk enerģijas vienai un tai pašai izvadei. Šīs tehniskās loģikas izpratne sniedz reālus norādījumus uzlabotā oksidācijas procesa dizaina optimizēšanai notekūdeņu attīrīšanas iekārtās.
