Belediye atık su iyileştirme ve endüstriyel ileri arıtma projelerinde, ozon jeneratörleri ileri oksidasyon prosesleri için standart tercih haline gelmiştir. Ancak deneyimli tasarım enstitüleri ve tesis operatörlerinin fark ettiği bir şey, teklif aşamasında nadiren tek başına bir ozon jeneratörü satın almalarıdır. Çoğu zaman aynı paketin bir parçası olarak VPSA oksijen tesisini de içerirler. Bu satıcı paketlemesi değil. Bunun nedeni reaksiyon kimyası ve yaşam döngüsü maliyet analizinden kaynaklanmaktadır.
Ozon Sentezi Kimyası Besleme Gazı İçin Zorlu Gereksinimleri Belirliyor
Bir ozon jeneratörü, oksijen moleküllerini iyonize etmek, O₂'yi parçalamak ve bunları O₃ halinde yeniden birleştirmek için yüksek-voltajlı bir deşarj uygulayarak çalışır. Sistemi basınçlı havayla (yalnızca %21 oksijen) beslerseniz, kalan nitrojen yan reaksiyonlara katılarak nitrojen oksitler (NOx) oluşturur. Bu iki sorun yaratır. İlk olarak NOx, deşarj tüplerine ve contalara zarar veren aşındırıcı nitrik asit üretir. İkincisi, nitrojen, kullanılabilir herhangi bir ozon üretmeden iyonizasyon enerjisini tüketir, bu da verimi son derece düşük tutar.
Bu nedenle profesyonel-sınıf ozon jeneratörlerinin besleme gazı olarak-yüksek konsantrasyonda oksijene ihtiyacı vardır. Teorik olarak oksijen saflığını %21'den %90'ın üzerine çıkarmak, ozon sentezi verimliliğini katlanarak artırır. Bu bizi ilk sonuca ulaştırır: besleme gazı sistemi tüm ozon işleminin ekonomik tavanını belirler.
VPSA Teknik Özellikleri ve Bu Uygulamaya Uygunluğu
VPSA, Vakum Basıncı Salınımlı Adsorpsiyon anlamına gelir. Süreç döngüsünün iki aşaması vardır. Zeolit moleküler elekler atmosferik basınçta nitrojeni seçici olarak adsorbe ederek oksijenin zenginleştirilmesine ve ürün gazı olarak toplanmasına olanak tanır. Daha sonra bir vakum pompası yakalanan nitrojeni desorbe ederek eleği yeniler.
Atık su arıtma uygulamaları için VPSA birçok açık teknik avantaj sunmaktadır.
1. Saflık ve çiğlenme noktası. İyi-tasarlanmış bir VPSA sistemi sürekli olarak %90–95 oksijen sağlar. İşlem sonrası uygun kurutmayla-çiy noktası -60 derecenin altında kalır. Bu, ozon jeneratörünün temizlik ve kuruluk gereksinimlerini tam olarak karşılayarak neme bağlı ozon ayrışmasını veya dielektrik tüp arızasını önler.
2. Yük esnekliği. Atık su akışı ve kirletici yükleri günlük ve mevsimsel olarak değişmektedir. Bir VPSA tesisi, üfleyici giriş kılavuz kanatlarını veya motor hızını modüle ederek oksijen çıkışını %60 ila %100 arasında ayarlayabilir. Bu modülasyon oksijen saflığını çok az etkileyerek sistemin ozon talebini tam olarak karşılamasını ve enerji israfını önlemesini sağlar.
3. Güvenlik. Sıvı oksijen depolama tanklarıyla karşılaştırıldığında VPSA,-yüksek basınçlı kaplar, kriyojenik tehlikeler ve teslimat kamyonu riskleri olmaksızın sahada üretilir. Birçok tesis için bu bile tek başına VPSA'yı tercih edilen seçenek haline getiriyor.
Ana Oksijen Tedarik Seçeneklerinin Yan-yan yana-Karşılaştırılması
Gerçek mühendislik uygulamalarında VPSA'nın yanı sıra üç besleme gazı seçeneği dikkate alınır: sıvı oksijen (LOX) ve yüksek-basınçlı PSA. Doğrudan bir teknik karşılaştırma VPSA'nın nereye uyduğunu gösterir.
LOX çok yüksek saflık sağlar (%99,5'in üzerinde). Ancak zayıflığı arz bağımlılığıdır. Endüstriyel gaz tesislerinden uzakta bulunan projeler için LOX taşımacılığının lojistik riski önemlidir. Ayrıca LOX tanklarında, oksijen kullanılmadığında bile günde kabaca %0,5-1 oranında kaçınılmaz statik buharlaşma kaybı - vardır. Sistem enerjisi açısından bakıldığında, LOX zaten hava sıkıştırma, sıvılaştırma, taşıma ve yeniden-buharlaştırma yoluyla yukarı yöndeki gücü tüketiyordu.
Yüksek-basınçlı PSA, VPSA ile aynı adsorpsiyon ilkesini kullanır ancak vakum yerine atmosferik basınçta desorbe olur. Bu, VPSA'nın vakumlu desorpsiyon yoluyla %65 veya daha yüksek geri kazanımına kıyasla daha düşük oksijen geri kazanımı -, tipik olarak %40-50 - ile sonuçlanır. Geri kazanım yüzdesi, üretilen oksijen birimi başına güç tüketimini doğrudan etkiler. Günde 20 saatten fazla çalışan bir atık su ozon sistemi için, VPSA'dan elde edilen yıllık enerji tasarrufu, nispeten kısa bir süre içinde başlangıç maliyet farkını telafi edebilir. Bu, özellikle mevcut yüksek elektrik fiyatları göz önüne alındığında önemlidir.
Sistem Entegrasyonu için Kritik Mühendislik Detayları
Doğru oksijen üretim teknolojisinin seçilmesi gerekli ancak yeterli değildir. Zayıf entegrasyon en iyi ekipmanın bile performansını bozabilir. Birçok ayrıntı kolayca gözden kaçar ancak sistem güvenilirliği üzerinde belirleyici bir etkiye sahiptir.
- Oksijen basıncı eşleştirme ve artırma. Bir VPSA tesisi tipik olarak yaklaşık 0,05 MPa (gösterge) seviyesinde oksijen sağlar. Çoğu ozon jeneratörü 0,1–0,2 MPa giriş basıncı gerektirir. Bu nedenle aralarında bir oksijen güçlendirici gereklidir. Bu yükseltme aşamasının güç tüketimi ve güvenilirliği, toplam yardımcı sistem enerji kullanımının merkezinde yer alır. Hidrofor seçerken, ozon yaşlanmasına dayanıklı ve oksijen hizmeti için iyi sızdırmazlık bütünlüğüne sahip olanı seçin.
- Giriş havası yerleşimi. Bu hata olması gerekenden daha sık ortaya çıkıyor. Bir ozon jeneratörünün yıkıcısı konsantre ozon gazını- boşaltır. VPSA tesisinin hava girişi rüzgar yönünde veya bu boşaltma noktasına çok yakınsa, sistem yüksek-konsantrasyonlu ozon çeker. Ozon güçlü bir oksitleyicidir ve zeolit moleküler eleğin kristal yapısını hızla yok eder. Bu hasar geri döndürülemez ve ölümcül bir mühendislik hatası olabilir.
- Artıklık ile çiğlenme noktası kontrolü. -60 derecelik çiğlenme noktası genellikle yeterli olarak bildirilse de, mühendislik deneyimi iki-kurutma dizisinin - soğutmalı kurutucu artı nem çekicili kurutucunun daha güvenli olduğunu göstermektedir. Kritik cihaz hattındaki çevrimiçi bir çiğlenme noktası monitörü, kurutucunun geçişi sıvı nemin pahalı ozon deşarj hücrelerine ulaşmasına izin vermeden önce erken uyarı sağlar.
Asıl soruya dönersek: Atık su ozon jeneratörleri neden bu kadar sıklıkla VPSA oksijen tesisleriyle eşleştiriliyor? Cevap ozon sentezinin fiziksel kimyasında yatmaktadır. Yüksek-konsantrasyonlu oksijen beslemesi bir seçenek değildir -; yüksek-verimli, düşük-güçlü, uzun-ömürlü ozon oksidasyonunun önkoşuludur.
Küçük- ila-orta kapasite aralıklarında (çoğu atık su uygulaması için tipiktir) yerinde oksijen tedariki için VPSA, oksijen geri kazanımı, yük kısma esnekliği ve yaşam döngüsü maliyetinin en iyi kombinasyonunu sunar. Sıvı oksijen işe yarar ancak tedarik zinciri ve güvenlik yükünü de beraberinde getirir. Yüksek-basınçlı PSA çalışır ancak aynı çıkış için daha fazla güç tüketir. Bu teknik mantığı anlamak, atık su arıtma tesislerinde ileri oksidasyon prosesi tasarımını optimize etmek için gerçek bir rehberlik sağlar.
