一种对氧气进行回收利用的方法及系统

摘要

本发明公开了一种对氧气进行回收利用的方法及系统，所述氧气包含在将臭氧发生器产生的臭氧投入至耗臭氧装置中反应后排出的尾气中，所述方法包括下述步骤：将尾气进行分解，将其中的臭氧分解为氧气，然后输出分解后的气体；将上述分解后的气体进行增压，增压后的气体投放到臭氧发生器之外的耗氧装置中。利用本发明的方法及系统对氧气进行回收利用，可以提高氧气综合利用率、简化工艺过程。

权利要求

1.一种对氧气进行回收利用的系统，其特征在于，所述系统包括：

臭氧发生器，连接耗臭氧装置，用于产生耗臭氧装置所需的臭氧，并将含臭氧的气体传输至耗臭氧装置；

耗臭氧装置，连接臭氧发生器，利用臭氧进行反应，并输出反应后的尾气；

尾气分解装置，连接耗臭氧装置，用于分解尾气中的臭氧并输出；

增压装置，包含多个引风机，用于对尾气分解装置输出的气体进行增压；

耗氧装置，增压装置输出的增压后的氧气传输至耗氧装置中；

尾气浓度检测装置，设置在尾气分解装置及增压装置之间的气路上；

增压氧气流量检测装置，连接在增压装置与耗氧装置之间的气路上，用于检测增压装置输出的氧气流量；

增压氧气浓度检测装置，连接在增压装置与耗氧装置之间的气路上，用于检测增压装置输出的氧气浓度；

增压氧气排放装置，连接在增压装置与耗氧装置之间的气路上，用于排放增压装置输出的氧气；

补氧装置，连接在增压装置与耗氧装置之间的气路上，用于补充进入耗氧装置中的氧气流量；以及流量平衡控制装置和作为尾气分解装置旁路的备用尾气分解装置；

流量平衡控制装置接收增压氧气流量检测装置及增压氧气浓度检测装置输出的流量及浓度信号，同时接收臭氧发生器及耗氧装置输出的信号，将氧气流量及氧气浓度换算为管路中回收的实际氧气量，将实际氧气量与接收的耗氧装置的氧气需求量进行比较；若实际氧气量大于氧气需求量，流量平衡控制装置发出控制信号，控制增压氧气排放装置排放多余的氧气，直至符合后续耗氧装置的需求；若实际氧气量小于氧气需求量，流量平衡控制装置发出控制信号，控制补氧装置对增压后的氧气进行补充，直至补充至氧气需求量后再投入至耗氧装置内；同时，流量平衡控制装置通过控制每个引风机的电机频率对引风机的氧气处理量进行精确控制，或通过启动/关闭合适数量和规格的引风机对引风机的总氧气处理量进行粗略调节；

尾气浓度检测装置检测所在气路中从尾气分解装置输出的气体中的臭氧浓度，在臭氧浓度超出设定值时进行报警，同时启动备用尾气分解装置分解臭氧。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述补氧装置的氧气输入端连接为所述臭氧发生器提供氧气原料的氧气源；所述耗氧装置与所述臭氧发生器包含在同一套工程设备中。

说明书

一种对氧气进行回收利用的方法及系统

技术领域

[0001] 本发明涉及氧气的回收利用，具体地说，是涉及对臭氧系统产生的尾气中的氧气进行回收利用的方法及系统。

背景技术

[0002] 目前，臭氧广泛应用于工业化自来水处理、化工氧化、污废水处理及除臭、去色与消毒等领域。以在饮用水处理、污水处理、工业废水处理等水处理工程中的应用为例，臭氧发生器会将输入的原料气源氧气部分转化成臭氧，生成的臭氧气流中臭氧浓度大约10%，其中大部分气体仍为氧气。富含氧气的臭氧气流经管路运输至臭氧投加点进行投加。臭氧在投加点内经过一系列的反应，最终大部分又被分解为氧气，并最终在反应装置的出气口汇聚成尾气排出。尾气中包括氧气、臭氧及小部分的水蒸气、氮气等其他气体，经尾气破坏系统对残余臭氧进行分解，最终将形成不含臭氧或臭氧含量低于标准值的氧气流。

[0003] 现有技术对尾气破坏系统排出的氧气流的处理主要采用两种方式，这两种方式及其缺点分析如下：

[0004] 第一种处理方式是将氧气流通过管路直接排放至大气中，其缺点是浪费了大量的氧气，由于臭氧发生器需要氧气作为原料气体，因此造成氧气综合利用率低，设备运行成本高。

[0005] 第二种处理方式较为经济，是将反应装置排出的尾气经回收、提纯、干燥、增压等工艺处理后，再回送至臭氧发生器的进气口，作为臭氧发生器的原料气体使用，从而实现氧气的回收及循环重复利用。这种处理方式虽然可以提高氧气的利用率、降低系统的设备运行成本，但是，存在下述缺点：首先，氧气回收利用系统中的某些部位还需要耐潮湿、耐臭氧腐蚀的材料，对设备材料要求较高；其次，为了避免微量有机物逐步积累在干燥装置的干燥塔内吸附剂上，尾气还要经过喷淋或洗涤的提纯工艺，提纯之后还需要进行干燥、过滤处理，以满足臭氧发生器对气源质量的需求，工艺过程复杂；再次，回用的气体为防止氨气和二氧化碳含量的逐步富集而造成的臭氧产量下降，还要往系统中补充5-10%左右的新鲜氧气。上述缺点都使得尾气回收至臭氧设备进行循环使用的系统设备及工艺复杂性大大提高。

发明内容

[0006] 本发明的目的之一在于提供一种对氧气进行回收利用的方法，利用该方法对氧气进行回收利用，可以提高氧气综合利用率、简化工艺过程。

[0007] 为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

[0008] 一种对氧气进行回收利用的方法，所述氧气包含在将臭氧发生器产生的臭氧投入至耗臭氧装置中反应后排出的尾气中，所述方法包括下述步骤：

[0009] 将尾气进行分解，将其中的臭氧分解为氧气，然后输出分解后的气体；

[0010] 将上述分解后的气体进行增压，增压后的气体投放到臭氧发生器之外的耗氧装置中。

[0011] 如上所述的方法，为实现氧气流量的平衡，所述增压后的气体投放到耗氧装置之前，先检测氧气的流量和浓度，并根据检测结果计算实际氧气量，然后将实际氧气量与耗氧装置的氧气需求量进行比较；若实际氧气量大于氧气需求量，增压后的气体先排放，然后再投放到耗氧装置，若实际氧气量小于氧气需求量，先用氧气源对增压后的气体进行补充，补充至氧气需求量后再投入至耗氧装置。

[0012] 如上所述的方法，为进一步简化处理过程，所述氧气源是为所述臭氧发生器提供氧气原料的氧气源。

[0013] 如上所述的方法，所述方法还包括下述步骤：

[0014] 检测所述分解后的气体中的臭氧浓度，若臭氧浓度值大于设定值，则进行报警，同时启用备用尾气分解装置分解臭氧，以实现对氧气中臭氧的有效去除。

[0015] 如上所述的方法，所述耗氧装置与所述臭氧发生器包含在同一套工程设备中，也即该方法适用于既包含臭氧发生器又包含耗氧装置的工程。

[0016] 如上所述的方法，所述工程设备为水处理所用的工程设备。

[0017] 本发明的目的之二在于提供一种对氧气进行回收利用的系统，该系统可从臭氧发生器及耗臭氧装置产生的尾气中回收氧气并进行直接利用，提高了氧气综合利用率，其工艺过程简单，对装置要求低。

[0018] 为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

[0019] 一种对氧气进行回收利用的系统，所述系统包括：

[0020] 臭氧发生器，连接耗臭氧装置，用于产生耗臭氧装置所需的臭氧，并将含臭氧的气体传输至耗臭氧装置；

[0021] 耗臭氧装置，连接臭氧发生器，利用臭氧进行反应，并输出反应后的尾气；

[0022] 尾气分解装置，连接耗臭氧装置，用于分解尾气中的臭氧并输出；

[0023] 增压装置，用于对尾气分解装置输出的气体进行增压；

[0024] 耗氧装置，增压装置输出的增压后的氧气传输至耗氧装置中。

[0025] 如上所述的系统，所述系统还包括：

[0026] 增压氧气流量检测装置，连接在所述增压装置与所述耗氧装置之间的气路上，用于检测增压装置输出的氧气流量；

[0027] 增压氧气排放装置，连接在增压装置与耗氧装置之间的气路上，用于排放增压装置输出的氧气；

[0028] 补氧装置，连接在增压装置与耗氧装置之间的气路上，用于补充进入耗氧装置中的氧气流量；以及

[0029] 流量平衡控制装置，一方面用于接收所述臭氧发生器、耗氧装置及增压氧气流量检测装置的信号，另一方面控制增压装置的增压能力、增压氧气排放装置的排放量及补氧装置的补氧量。

[0030] 如上所述的系统，所述系统还包括有连接在所述尾气分解装置及所述增压装置之间的气路上的尾气浓度检测装置，用于检测尾气分解装置输出的气体中的臭氧浓度。

[0031] 如上所述的系统，所述补氧装置的氧气输入端连接为所述臭氧发生器提供氧气原料的氧气源；所述耗氧装置与所述臭氧发生器包含在同一套工程设备中。

[0032] 与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：

[0033] 1、利用本发明的方法及系统，可以将臭氧使用完成后分解形成的以及未转化为臭氧而混合在臭氧内的氧气进行回收和处理，并将处理后的氧气直接投加到其他耗氧装置中重新使用，不仅提高了氧气的利用率，而且回收处理工艺简单，对装置的材料及结构要求低，便于在工业工程中使用。

[0034] 2、将本发明的方法及系统应用到同时包含有臭氧发生器、耗臭氧装置及耗氧装置的工程设备中，可将回收的氧气直接进行投放，从而提高了整个工程设备的氧气综合利用率，降低了工程设备的运行成本。

[0035] 3、在本发明的方法及系统中，采用流量平衡控制装置对氧气流量进行补充或排放的控制，实现需求量与供应量的整体平衡，确保系统平稳运行。

[0036] 结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

[0037] 图1是本发明对氧气进行回收利用的系统一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

[0038] 下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细的说明。

[0039] 首先，简要说明本发明对氧气进行回收利用的方法的思路：在需要臭氧的工业工程如污水处理、自来水处理等水处理工程中，臭氧发生器产生的含氧气的臭氧气流投入到耗臭氧装置反应后产生尾气，尾气的主要成分为氧气，若将该氧气进行回收，然后投入到其他需要氧气的耗氧装置中，则可以提高氧气的利用率，而且，耗氧装置对氧气的要求不像臭氧发生器要求的严格，可以简化工艺流程。而若耗氧装置与耗臭氧装置包含在同一套工程设备中，则可以节省氧气源的供应，提高氧气的综合利用率。

[0040] 图1示出了本发明对氧气进行回收利用的系统一个实施例的结构示意图。下面结合图1详细介绍该系统的结构以及对氧气进行回收利用的方法。

[0041] 该实施例以污水处理工业工程为例，进行污水处理的工程设备中既包括有耗臭氧装置105、109，如接触池、氧化塔等，也包括有耗氧装置117、118，如氧气曝气池、反应塔等，此外，还需要为耗臭氧装置提供臭氧的臭氧发生器104。臭氧发生器所需要的氧气原料通过气源系统提供，而在污水处理工程中一般使用经济、可控的液氧作为气源。因此，在该实施例中，液氧储罐101、气化器102及调压阀组103构成液氧源系统。储存在液氧储罐101内的液态氧经气化器102换热气化为氧气，经调压阀组103调压后进入臭氧发生器104的进气管道，为臭氧发生器104提供原料氧气。流经臭氧发生器104的氧气流通过介质阻挡放电，部分氧气会转化形成臭氧，转化的臭氧的质量浓度大约为10%。臭氧发生器104输出的、大部分为氧气的臭氧化气流经过管路运输后投加到若干个耗臭氧装置105、109等中。臭氧在耗臭氧装置105、109内通过一系列反应，大部分又分解为氧气，最终，从耗臭氧装置105、109的出气口排出尾气，尾气中大部分为氧气，还包含有少量的臭氧及水蒸气、氮气等其他气体。

[0042] 为对尾气进行回收，耗臭氧装置105连接有尾气分解装置106及增压装置107，耗臭氧装置109连接有尾气分解装置110及增压装置112。以其中一路为例，连接耗臭氧装置105的尾气分解装置106输出的尾气进行分解，主要是将尾气中的臭氧分解为氧气。通过选择合适的尾气分解装置，可将尾气中的臭氧完全分解。分解后的气体输入至增压装置107中进行增压，以便于往耗氧装置中投放。增压装置107可以采用引风机来实现，用来对气体进行加压，压力以能够满足后续的氧气投加需求即可。同样的，尾气分解装置110及增压装置112的作用及选择可参考上述描述。经若干个增压装置增压后的氧气流汇集到一条气路中，然后再连接到若干个耗氧装置上，为耗氧装置投加所需的氧气。

[0043] 经增压装置增压后的氧气可以直接投加到耗氧装置117、118中，在该实施例中，为实现流量的平衡控制，在增压装置与耗氧装置之间的气路上还设置有增压氧气流量检测装置113及增压氧气浓度检测装置114，连接在所述增压装置与所述耗氧装置之间的气路上，用于检测增压装置输出的增压后的氧气流量及浓度，根据氧气的流量和浓度可以计算出回收的实际氧气量。在增压装置与耗氧装置之间的气路上还设置有增压氧气排放装置116，以及由流量检测装置120和流量调节装置121组成的补氧装置，且流量检测装置120经调压装置119连接为臭氧发生器104提供氧气原料的气化器102上。这样，可以与臭氧发生器104共用一个氧气源，减少了系统中装置的数量，简化了处理过程，降低了系统成本。

[0044] 此外，在该实施例的系统中设置有流量平衡控制装置115，一方面用于接收增压氧气流量检测装置113及增压氧气浓度检测装置114输出的流量及浓度信号，另一方面还接收臭氧发生器104及耗氧装置117、118输出的信号。流量平衡控制装置115将增压氧气检测装置113检测到的氧气流量及增压氧气浓度检测装置114检测到的氧气浓度换算为管路中回收的实际氧气量，并将实际氧气量与接收的耗氧装置的氧气需求量进行比较。若实际氧气量大于氧气需求量，流量平衡控制装置115发出控制信号，控制增压氧气排放装置116排放多余的氧气，直至符合后续耗氧装置的需求。若实际氧气量小于氧气需求量，流量平衡控制装置115发出控制信号，通过控制调压装置119及流量调节装置121，从气化器102中输出氧气对增压后的氧气进行补充，直至补充至氧气需求量后再投入至耗氧装置内。

[0045] 流量平衡控制装置115可以采用PLC来实现，也可以采用单片机等微处理器来实现。而且，流量平衡控制装置115可以作为独立的控制装置，也可以与整个工程设备的总控系统或者设备中其他的子控制系统集成在一起。

[0046] 在该实施例中，尾气分解装置106及增压装置107之间的气路上设置有尾气浓度检测装置108，同样在尾气分解装置110及增压装置112之间的气路上设置有尾气浓度检测装置111，尾气浓度检测装置108及111分别检测所在气路中从尾气分解装置输出的气体中的臭氧浓度，而且，在臭氧浓度超出设定值时进行报警，同时启动备用的尾气分解装置，实现对臭氧的有效去除。该实施例以耗臭氧装置105所在的气路为例，在尾气分解装置106上设置有作为旁路的备用尾气分解装置122，若尾气浓度检测装置108检测到该气路中臭氧浓度超出设定值，一般是因为尾气分解装置106出现了故障，此时，系统的主控制单元将控制尾气分解装置106关闭、打开备用尾气分解装置122，从耗臭氧装置105输出的气体直接进入备用尾气分解装置122中进行分解，分解后的气体再进入主气路，进而进入增压装置107中进行后续处理。

[0047] 该实施例仅以在耗臭氧装置105所在气路上设置了备用尾气分解装置122为例进行了说明，实际使用过程中，备用尾气分解装置作为主管路中尾气分解装置的旁路系统，可以是每套耗氧装置相应的尾气管路中均对应一个，也可以是多套耗氧装置相应的尾气管路共用一个，该实施例对此不作限定。

[0048] 在该实施例中，每一个耗臭氧装置均对应着一套尾气分解装置和增压装置。在采用引风机作为增压时，每个增压装置中可以包含有多个规格不同的引风机，流量平衡控制装置315可以通过控制每个引风机的电机频率对引风机的氧气处理量进行精确控制，也可以通过启动/关闭合适数量和规格的引风机对引风机的总氧气处理量进行粗略调节，以满足系统氧气流量的需求。

[0049] 上述实施例以同时包含有臭氧发生器、耗臭氧装置及耗氧装置的污水处理工程设备为例介绍了本发明对氧气进行回收利用的系统及方法，但不局限于此。本发明的系统及方法也可以应用在其他既包含臭氧发生器、又包含耗氧装置的工程中。当然，也可以是臭氧发生器与耗氧装置分开的系统中，这样，只是处理后的氧气需经过较长的管路输送至耗氧装置中，但并不影响本发明所请求保护的氧气回收利用的方法及系统的应用。

[0050] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。