VPSA製氧在富氧曝氣上（shàng）的應用

VPSA製氧在富氧曝（pù）氣上的應用

萬（wàn）誌國 楊海洋

昆山錦程氣（qì）體（tǐ）設備有限（xiàn）公司

摘要：本文介紹了（le）變（biàn）壓吸附製氧（VPSA製氧（yǎng））的原理（lǐ）和特點，以及VPSA製氧技術在富氧曝氣上的使用情況。例舉了深圳某河流采用了（le）富（fù）氧曝氣後，河流的溶解氧（yǎng）的數據變化，結果表（biǎo）明變壓吸附製（zhì）氧具有經濟性（xìng），靈活性（xìng）及安全性高的特點，是廣大黑臭河流富氧曝氣活（huó）性汙泥（ní）的理想選擇。

關鍵詞：變壓吸附製氧、VPSA製氧；富氧；曝氣

1.概述

富氧曝氣是VPSA製氧設備（bèi）的最早應（yīng）用，普（pǔ）萊克斯公（gōng）司采用以鋰基分子篩的VPSA設備（bèi）將（jiāng）氧氣充（chōng）入本公司的水處（chù）理係統。富氧曝氣就是用富度為80%~93%的氧氣代（dài）替傳統使用的空氣為微生物提（tí）供氧氣。

富氧曝氣和空氣曝氣的比較

    曝氣（qì）過程中氧的傳輸速率(即溶解氧濃度（dù）的變化率)和氧虧（kuī）值成正比（bǐ），如式(1)所示。所謂（wèi）氧虧值是氧飽和濃度和實際達到（dào）的溶解氧（yǎng）濃度之差。Dc/dt=KLA/V（Cs-CT) (1)式中KL—氧傳遞係數，h-1 Cs—飽和（hé）溶解氧濃度，mg/LCT—實（shí）際（jì）溶解氧濃度，mg/L，氧虧值為（Cs-CT)在空（kōng）氣曝氣時氧的分壓為（wéi）21 kPa，而富氧曝氣時氧壓力可達101 kPa。於是，富氧曝氣（qì）時氧飽和濃度是43.74 mg/L(20 ℃),這（zhè）是空氣曝氣（qì）時9.17 mg/L的4.8倍。如果實際要（yào）求達到溶解氧濃度5 mg/L,則（zé）空氣曝（pù）氣時氧虧值是4.17 mg/L,而（ér）富氧曝氣時氧（yǎng）虧值（zhí）高達38.74mg/L。顯然，富氧曝氣時溶解氧的增（zēng）長速率是（shì）空氣曝（pù）氣（qì）時的（de）38.74/4.17=9.3倍。

 富氧曝氣的優（yōu）點（diǎn）是投（tóu）資及運行費用低、處理能力強、占地（dì）麵積小、係統穩定性高（gāo）。隨著國家對汙水處理的（de）政策支持力度加大，作為一（yī）種（zhǒng）先進汙（wū）水處理手段（duàn）的（de）富氧曝氣技術將會越來越受（shòu）到關注和重視。除了環保科技工作者在研究新技術新流程上加倍努力之外，昆山錦程氣體設備（bèi）有（yǒu）限公司（sī）作為工業氣體設備供應商充分發揮自身的（de）優勢，加快研究和開發適用的富（fù）氧曝氣（qì）係統和為之配套的製氧裝置，在推動（dòng）環保技術發展的同時，開（kāi）拓工業氣（qì）體的新市場。

2.氧氣製取（qǔ）的方法

目前工業化製氧技術主要有兩大類:一種工藝是深冷空氣分離製氧,所得的氧氣富度高（gāo）,但是製氧成本高、投資大,隻適用於大規模用（yòng）氧場合;另一工藝是變壓吸附製氧 (簡稱PSA,VPSA製氧),氧氣富度隻有80%~93%,但投資小、能耗（hào）低,適用於中小規模不（bú）需要高富度氧的場合。我國中石化公司引進富氧曝氣活性汙泥工藝（yì）處理石化廢水,曝氣用氧采用深冷空氣（qì）分（fèn）離製得。雖然深冷空氣分離製氧成本比較高,電耗大約為（wéi）0.55~0.60 kW·h/m3, 但石化公司的富氧來自其製氮空分（fèn）裝置（zhì）,是副產品（pǐn）,石化公司以其（qí）處理汙水是（shì）經濟的。對於絕大多（duō）數的汙水（shuǐ）處理廠, 如用深冷法製氧特別昂（áng）貴。用VPSA製氧卻便宜得多。國內變壓吸附製（zhì）氧已有多年經驗, 但因所用吸附劑性能差,製氧成本仍很高。近10年來昆山錦程氣體采用上海恒業鋰基分子（zǐ）篩,其吸氮能力和氮氧分離係數比傳統分（fèn）子篩高得多,利用此吸附劑及德國拜爾傳統工藝開發出新變壓吸附工程（chéng）技術,使製氧電耗低達0.30kWh/m³, 達國際先進水平。裝置（zhì）價格比進（jìn）口設（shè）備低（dī）約60%,製（zhì）氧規模可達5000Nm³/h富氧單套,吸附劑（jì）一次裝填可使用10年（nián）以上（shàng），氣（qì）動（dòng）蝶閥300萬次無需更換密封件。目前昆（kūn）山錦程已在國內及國外有色冶金（jīn）、化工、高爐富氧、臭氧（yǎng）氧源等行業建成近（jìn）三（sān）百套裝置,運行狀態良好。昆山錦程氣體變壓吸附製氧技術的突破（pò）, 為我（wǒ）國推廣富氧曝（pù）氣活性汙泥工藝進行汙水處理創造了有（yǒu）利（lì）條件並真正引領了（le）變壓吸附（fù）製（zhì）氧技術潮流。

 VPSA製氧係統主要由鼓風機，真空（kōng）泵，切換閥，吸附器（qì）和氧氣緩衝罐組成。原料空氣經入口緩（huǎn）衝罐除塵（chén）後，被羅茨風（fēng）機增壓至（zhì）0.45Kpa進入其中一吸附塔（tǎ）內，吸附塔內裝填吸附（fù）劑，其中水分，二氧化（huà）碳，以及其他少量其它其它組分在吸附塔底部的活性（xìng）氧化（huà）鋁所（suǒ）吸附而氧氣為非吸附組分從吸（xī）附塔頂部（bù）出口作（zuò）為（wéi）產品氣排至氧氣緩衝罐（guàn）。當該吸附（fù）塔吸附到一定程度，其中的吸附劑將達到飽和狀態（tài），此時通過閥門切換，首先經過均壓（yā）降壓過程將吸附塔壓力將至微（wēi）負壓，再利用真空泵對之進行抽真空（與吸附方向（xiàng）相反）真（zhēn）空度約為-50Kpa.已吸附的水分，二氧化碳，氮氣及少量其它氣體被抽出排至大氣，吸附劑得到再生。

      VPSA的每個吸附（fù）塔都交替執行以下步驟：---吸附---解析---衝壓

3.VPSA製氧機（jī）在曝氣上的應用

由於富氧的壓力高於空氣中氧的分壓，富氧（yǎng）曝氣可顯著提高氧的轉移速（sù）率。昆山錦程氣體協助深圳（zhèn）某公（gōng）司開發了微氣富氧曝氣技術，將微孔曝氣和富氧曝氣的優點（diǎn）結合起來,采用微孔軟管曝氣，在水深5m處的（de）氧利用（yòng）率（lǜ）高達80％，該工藝（yì）應用於敞開曝氣（qì）池。此外，該工（gōng）藝還廣泛應用於汙染河流的曝氣（qì），由（yóu）於設備簡單可靠（kào）、噪聲治理非常好和對流態不（bú）形成擾動等優（yōu）點，尤其適合於具有旅遊景（jǐng）觀功能的市區（qū）河道的治理。中試時是（shì）一條嚴重汙染的河道，河水（shuǐ）黑臭，COD高（gāo）達100～200mg/L。由於受周邊居民的影響，河道流態變化複雜（zá）。試驗裝置（zhì）由一個80Nm³/hVPSA製氧機、小型開放式曝氣池組（zǔ）成。軟管的供氣壓力為0.05MPa，氧氣流量在0～80Nm³/h範圍（wéi）內可調。試驗結果表明，富氧（yǎng）曝氣可有效降低黑臭水體中（zhōng）的COD濃度。在三個月的連續運（yùn）行中整個VPSA製氧機及曝氣係統的設備運行正常，無需任何維修。由於VPSA製氧降（jiàng）噪（zào）措施和對河道水體的流（liú）態不會（huì）形成（chéng）任何明顯的擾動和障礙，故工藝尤其適（shì）用於非航運、具有旅遊景觀功能的（de）河道上進行全自動富氧曝氣。

    中試效果非常好，深圳某公司一次性向昆山錦程定購三套大型VPSA製氧設備，三套設備采用模組化設計，動力設備擺放到集裝箱內部，吸附塔和（hé）其他靜設備露天布置，本條河流（liú）處理（lǐ）完畢後，可移至其他河流。

三套數據如下：第（dì）一套產量250M3/h （合同值（zhí）230M3/h）,富度83%（合同值80%） ，壓力51kpa。第二套製氧設備參數：產量580M3/h（合同值560M3/h）,富度84%（合同值80%）,壓力52kpa，第三套製氧設備參（cān）數; 產量710M3/h（合同（tóng）值680M3/h）,富度82%（合同值80%），壓力53kpa。當河水（shuǐ）流速較平緩時，COD濃度降低30%～50%；經過曝氣區的BOD/COD值從0.46降至0.40，這表明在富氧曝氣過程（chéng）中不僅發生了硫化物、亞鐵等還原物質的化學氧（yǎng）化（表現為水體黑色變淺，臭味減弱），而且（qiě）發生了一定程度的生（shēng）物降解作用。同時溶解氧的數據（jù）有一定變化，如下圖。由圖可知，連續進（jìn）水曝（pù）氣在0~10min時（shí），溶解氧含量迅速上升，10min之後上升趨勢變慢，在17min之後開始趨於平緩，說（shuō）明溶解氧在水中（zhōng）達到飽和，飽和（hé）值在22mg/L左右。

4.結論

綜上所述，富氧曝氣（qì）活性汙泥法具（jù）有氧轉移率高、剩餘汙泥量少、汙水處（chù）理效率（lǜ）高、抗有機物衝擊（jī）性能高等特點。製氧技術（shù）的發展，製氧成本的降低，為這項技術的推廣（guǎng）應用提供了可能。昆山錦程氣體開發的變壓吸附製氧技術及微（wēi）氣泡曝氣技術為我國推（tuī）廣富氧氧曝氣活性汙泥工藝進行汙水及河道治理創造了條件。

錦程製氧、綠色中國