1、装置概况
山西中煤平朔能源化工有限公司建设规模为30万t/a的合成氨装置、2套18万t/a硝酸装置、2套20万t/a的硝酸铵装置。配套污水处理装置，采用预处理+生化处理+混凝沉淀+臭氧杀菌脱色+流砂过滤处理工艺。负责处理酚氨回收系统来煤气化废水、低温甲醇洗废水、甲烷化废水、初期雨水、地面冲洗水、生活化验及其他污水等生产废水，出水满足循环水回用要求，全厂正常废水排放量为129.06m3/h，最大废水排放量为168.4m3/h，设计污水处理规模为200m3/h。臭氧装置设计在深度处理混凝沉淀出口，现场有青岛国林公司生产的放电式臭氧发生器2台，产量为每台3kg/h，一用一备，气源为氧气。
2、污水深度处理介绍
深度处理采用臭氧+活性砂生物滤池。废水到深度处理段可生化性非常低，需要提高废水生化性，臭氧在将水中污染物氧化一部分的同时，能够提高废水生化性。臭氧氧化池未完全吸收的臭氧尾气利用水力负压抽送至调节池。经过臭氧氧化完的废水进入活性砂生物滤池，活性砂生物滤池的出水COD（化学需氧量）达到设计产水指标。污水处理装置由中国昆仑工程公司总包，上海达源环境科技工程有限公司负责设计、施工、调试。
3、臭氧装置介绍
3.1 臭氧的理化性质
臭氧是一种具有刺激性特殊气味的不稳定气体，在常温常压下，臭氧为蓝色气体，臭氧浓度越高颜色越蓝。臭氧的密度为2.144kg/m3（标准状态下），比空气和氧气大。臭氧略溶于水，标准状态下，其溶解度比氧气大13倍，比空气大25倍。臭氧的标准电极电位为2.07，比过氧化氢、高锰酸钾、二氧化氯及氯气等氧化剂都高，所以工业常选用臭氧作为氧化剂。同时，臭氧反应后的生成物是氧气，无二次污染。
3.2 臭氧装置
每套臭氧装置主要由臭氧发生室、臭氧专用电源系统、操作控制系统、冷却装置、仪表管路阀门和尾气吸收破坏系统组成。图1给出了污水处理臭氧装置现场图。
3.2.1 臭氧发生室
臭氧发生室是由多组臭氧发生单元组成的装置，臭氧发生单元是产生臭氧的基本部件，由介电体与被其分隔的电极和放电空间组成。污水处理现场采用DTA非玻璃介质臭氧发生单元共42个。其中图2为DTA非玻璃介质臭氧发生单元结构示意图，图3为1个DTA非玻璃介质臭氧发生单元的组合体。
通过图2可以发现，由高压熔断器连接着介质层密闭为一体，介质层内有高压电源，内电源与外电源之间被氧气充满，经高压电离氧分子后获得氧原子，氧原子又与氧分子结合成为臭氧分子，产生的热量被冷却水带走。这样循环进行产生臭氧送入臭氧氧化池使用。由图3可知，现场卧式DTA臭氧发生室内设置42个臭氧发生单元，上部有冷却水出水口和氧气进气口，下部有冷却水进水口和臭氧出气口。封头端面有视镜，可观察发生室内工作情况。
臭氧制取采用电晕放电合成臭氧技术，臭氧的产生机理见下式：
式中，e指的是电子，M是气体中任何其他气体分子，不过与此同时，原子氧和电子也同臭氧反应形成氧气。
3.2.2 电源系统
电源系统是将输入的工频交流电源转化为中频高压交流电源的装置，经过高压变压器升压后输送到臭氧发生室，使臭氧发生室内形成高压电场。电源系统主要包括整流电路、逆变电路、电抗器、高压变压器以及控制装置等。
3.2.3 操作控制系统
臭氧装置采用在线式自控仪表、阀门，通过西门子PLC系统实现对设备全自动控制。
3.2.4冷却水系统
臭氧发生器采用水冷却，通过闭路循环冷却水系统带走放电时放出的热量。闭路循环冷却水的热量利用外部冷却水系统板式换热器冷却降温，闭路循环冷却水系统水源为反渗透产水，外部冷却水系统水源为双硝循环水。图4给出了臭氧装置冷却水系统现场图，由板式换热器、缓冲罐、循环水泵等组成。
3.2.5 仪表管路阀门
臭氧发生器设置有流量、压力、温度等检测及调整用的仪表阀门等，以实现臭氧气化流量的调节。
3.2.6 尾气吸收破坏系统
臭氧吸收破坏系统采用加热-催化混合型（DT-300F），额定处理气量40Nm3/h，出气臭氧质量浓度0.1mg/L，最高工作压力0.08MPa，催化剂装填量68L，额定功率1.9kW。臭氧尾气进入反应室，臭氧分子通过催化剂分解，随后尾气被风机抽出排走。
4、臭氧装置运行情况
2016年10月臭氧发生器氧气管道安装完成，臭氧装置调试完成。2017年8月27日臭氧装置闭路循环水系统充水，9月8日臭氧装置01-M805B启动正常投运。表1为2017年9月8日至2018年1月11日污水系统臭氧装置运行数据。
由表1可知，运行期间B套装置启动2次，A套装置启动3次，2套装置臭氧质量浓度正常，运行进出气温度低于30℃、功率低于14kW、流量达20Nm3/h、出气压力小于0.1MPa，达到设计要求，满足现场使用条件。
5、臭氧系统出水数据
表2为2017年9月7日至2018年1月12日臭氧系统出水数据。
由表2看出，2017年9月7日投运前COD质量浓度为54.18mg/L，9月9日投运后系统出水COD质量浓度为39.12mg/L；11月6日投运前COD质量浓度为49.68mg/L，11月8日投运后系统出水COD质量浓度为46.45mg/L；11月20日投运前COD质量浓度为156mg/L，11月22日投运后系统出水COD质量浓度为70.73mg/L；12月20日投运前COD质量浓度为84.28mg/L，12月22日投运后系统出水COD质量浓度为70.26mg/L；2018年1月10日投运前COD质量浓度为63.21mg/L，1月12日投运后系统出水COD质量浓度为52.67mg/L；臭氧装置投运后系统出水COD明显改善，呈下降趋势。通过现场目视污水系统出水颜色，臭氧投运后出水颜色变淡，色度减小。
6、结束语
山西中煤平朔能源化工有限公司污水处理系统，相同工艺运行条件下，臭氧装置投运前后，污水处理系统出水水质指标COD、色度有明显的改善，水质较稳定。臭氧装置对COD及色度的脱除达到了预期效果。（来源：山西中煤平朔能源化工有限公司）