Подготовка питьевой воды с помощью озонирования

- серед пестицидів, що містять ефіри фосфорної кислоти, найбільш відомим є паратіон. Озонування цього з'єднання призводить до появи параоксона, який більш токсичний, ніж паратіон [3].

На відміну від хлору, який пасивний по відношенню до деяких типів бактерій, озону відводиться роль універсального окислювача, що здійснює майже миттєву інактивацію. Однак деякі бактерії і віруси чинять сильний опір озону. У колі дослідників немає єдиної думки про те, чому ті чи інші типи груп мікроорганізмів дуже швидко знищуються озоном, а, наприклад, спороносні форми бактерій роблять значний опір. Залишається сподіватися, що буде знайдена і зведена в систему закономірність, яка пояснює прояв різної чутливості мікроорганізмів до озону.

Сукупність усіх форм окислюючої і дезинфікуючої дії озону дозволяє широко використовувати його в техніці водопідготовки на різних стадіях обробки води. Так, якщо переслідується мета дезінфекції, озон вводиться на завершальному етапі очищення (постозонування). Що стосується реакцій окислення, то вони проявляються при дифузії озону як на початку технологічної схеми очищення, так і на будь-якому її етапі в залежності від того, який інгредієнт забруднень слід видалити. Важко провести чітку грань місця і часу проходження кожної з реакцій, так як переважання тієї чи іншої форми окисного впливу знаходиться в залежності від якості води, що очищається і місця введення озону в технологічну схему обробки. Прямі реакції окислення характерні для видалення металів (Fe, Mn), нерідко входять у складні органо-мінеральні комплекси. При спільній дії озонолізу і окислення радикалами можуть бути видалені колоїдні речовини, токсичні мікрозабруднення, розчинені органічні речовини природного та штучного походження, які надають воді кольоровість, запах і присмак. Насичення води киснем в ході озонування сприяє підвищенню ступеня окислення речовин, а також найбільш повному видаленню розчинених органічних забруднень біологічним шляхом, якщо озонування здійснюється перед фільтрацією, і т. д.

Розчинність озону у воді залежить від температури, активної реакції середовища і її сольового складу. При зниженні температури і підвищення рН розчинність озону зростає, основні солі знижують його розчинність, а нейтральні підвищують. Розчинність озону у воді може бути виражена або у вигляді так званого коефіцієнта Бунзена - β, що показує відношення обсягу розчиненого озону, приведеного до нормальних умов, до об'єму води (VО3 / Vв), або в абсолютних значеннях розчиненого озону (г / дм3). При цьому вважається, що процес розчинення підкоряється закону Генрі, згідно з яким кількість розчиненого озону пропорційно тиску газоподібного озону над розчином. 
          Цей закон може бути записаний у вигляді:

 

                                   Сстац = βМРγ,                                                             (2.4)

 

де Сстац - розчинність озону, г/дм3;

β - коефіцієнт Бунзена;

М - густина озону, г/дм3, М = 2,14 г/дм3;

 Рγ - парціальний тиск озону, Па.

Розчинність озону підвищується з пониженням температури води. При цьому спостерігається великий розкид в експериментальних даних різних авторів, представлених в табл. 2.2.

 

Таблиця 2.2 – Розчинність озону у воді

Т, 0С	β, (л О3/ дм3 Н2О)	Розчинність, г/дм3
0	0,64	1,37
5	0,50	1,07
10	0,39	0,83
15	0,31	0,66
20	0,24	0,51
25	0,19	0,41
30	0,15	0,32
35	0,12	0,25

 

Дані, наведені в таблиці, відносяться до 100% озону при атмосферному тиску[4]. 
          

 

 

 

 

 

 

 

3 ВИБІР І ОПИС ТЕХНОЛОГІЧНОЇ СХЕМИ

 

Вибір технологічної схеми озонування залежить від багатьох факторів: складу і кількості оброблюваної стічної води, дози озону, швидкості взаємодії озону з окислювальними домішками та ін. Беручи до уваги високу вартість отримання озону, його токсичність і пожежонебезпеку, важливим показником ефективності роботи установок озонування води є коефіцієнт використання озону. Тому при розробці технології застосування озону, поряд з його високою реакційною здатністю, слід враховувати і необхідність максимально повного використання безпосередньо в контакті зі стічною водою.

Існує велика кількість технологічних схем очищення води із застосуванням озону. Розглянуто три технологічні схеми, які наведені нижче.

Водоочисної комплекс «Аерозон» призначений для очищення води з підземних та поверхневих джерел, а також доочистки води центрального водопостачання.

У комплексі використовується сучасна технологія очищення та знезараження природними окислювачами - киснем повітря і озоном. Для ефективного використання озону застосовується двоступінчаста схема очистки - аерація і озонування.

Технічні характеристики комплексу «Аерозон» приведені в таблиці 3.1.

 

Таблица 3.1 - Техничні характеристики комплексу

Характеристика	Величина
Продуктівність комплексу, м3/час	3	5	10	20	50
Площа, м2	24	24	30	36	120

 

Функціональна схема представлена на рисунці 3.1. 

 

КА – аераційна колона; ОЗ – озонатор; ГЦ – гидроциклон-змішувач; БР – бак-реактор; Ф – фільтр; БЧВ – бак чистої води; ПУ – пульт управління 
           Рисунок 3.1 – Схема комплексу «Аерозон»

 

Комплекс складається з аераційної колони першого ступеня очищення, озонатора, гидроциклона-змішувача ступені озонування, бака-реактора, перекачувальної і мережевої насосних станцій, освітлювального фільтра, бака чистої води і пульта управління.

Водоочистний комплекс «Імпульс». Схема очищення води базується на найсучаснішій екологічно чистої технології - сумісному впливі електрообробки озону та ультрафіолетового опромінення.

У роботі водоочисних комплексів "Імпульс" використані технології,що наведено на рисунку 3.2, техничні характеристики наведені у таблиці 3.2.

 

 

 

 

Рисунок 3.2 – Схема установки "Імпульс"

 

Таблица 3.2 - Техничні характеристики комплексу «Імпульс»

Продуктивність, м3/ч	5	10	20	40
Площа, м2	18	22	50	60

 

Процес заснований на спільній дії природних окислювачів (озону, атомарного кисню, радикалів ОН та інших активних частинок) і УФ-випромінювання, що генеруються в водоповітряної потоці імпульсним електричним розрядом. При цьому відтворюються явища, що відбуваються в природі під час грозової діяльності. Зберігаються природні властивості води, так як електричні розряди розвиваються в газовій фазі поблизу поверхні крапель. Оброблена за такою технологією вода освітлюється механічними фільтрами з зернистої завантаженням з недорогих доступних природних мінералів. У конструкцію комплексу при необхідності легко вбудовуються додаткові технологічні операції з коригування рН, пом'якшення і т. д..

Установки озонування Р6 призначені для озоно-сорбційної очистки води, а так само для доочищення питної води, використовуваної в питних цілях, бутилювання, виробництва якісних напоїв та отримання на виході з установки води, що відповідає вимогам до якості питної води.

Установки Р6 складаються з комплекту устаткування, змонтованого на одній рамі. Установки працюють на накопичувальну ємність, що забезпечує постійну витрату. За спеціальним замовленням виготовляються в блочно-модульному виконанні. В залежності від вододжерела установка включає блок озонування, сорбційний вугільний або піщаний фільтр. З урахуванням конкретних умов до складу установки можуть одночасно входити піщаний і вугільний фільтри, а також вони можуть бути дообладнати вузлами реагентної обробки з використанням коагулювання води і заключного знезараження із застосуванням УФ-опромінення. Продуктивність установки складає 12 м3 / год. Схема установки Р6 наведена на рисунку 3.3.

 

 

 

 

 

1 - насоси першого підйому; 2 - компресор; 3 - озонатор; 4 - апарат обробки води озоном; 5 - дегазатор; 6 - сигналізатор рівня; 7 - насоси другого підйому; 8 - регульований електропривод; 9 - реле протоку; 10 - фільтр; 11 - витратомір води; 12 - манометр; 13 - пульт управління

Рисунок 3.3 – Схема установки Р6

 

З наведених технологічних схем найбільш ефективна установка «Імпульс». Відмінні особливості і конкурентні переваги цієї технологічної схеми:

а) генерація окислювачів безпосередньо в зоні обробки води дозволяє використовувати в процесі окислення не тільки озон, але й більш активні короткоживучі частинки;

б) суміщення процесу аерації, генерації окислювачів і оброблюваної води в одному реакторі підвищує ефективність обробки води та знижує вартість комплексу;

в) відсутність хімічних реагентів та витратних матеріалів знижує експлуатаційні витрати і забезпечує екологічну безпеку технології;

г) модульний варіант дозволяє з мінімальними витратами скомпонувати комплекс різної продуктивності і розмістити його при необхідності на існуючих площах;

д) відтворення природних процесів забезпечує високі смакові якості води;

е) низьке енергоспоживання установки.

Водоочисний комплекс "Імпульс" призначений для очищення води з підземних джерел і додання воді смакових якостей, відповідних кращим природним водам гірських річок, може використовуватись для доочищення і знезараження річної води і попередньо очищених стоків.

Оскільки озон виробляється там, де витрачається, безпосередньо в водоповітряної середовищі, то відпадає необхідність його транспортування і перемішування з водою. Ефективність виробництва та використання озону в розробленій системі у багато разів вище, ніж в існуючих системах озонування, включаючи і закордонні. Система автоматично відстежує кількість виробленого озону. Чим більше озону потребляється водою, тим більше його і проводиться. Немає необхідності і в системі підготовки повітря для виробництва озону. УФ-опромінення також виробляється в усьому обсязі оброблюваної води, внаслідок чого ефективність цієї обробки підвищується багаторазово. Енергоспоживання процесу електрообробки води не перевищує 0,05 кВт·год/м.

Принципова схема електророзрядної установки «Імпульс» наведена на рисунку 3.4.

 

 

 

 

 

 

1 - аератор; 2 - електророзрядний блок; 3 - джерело живлення; 4 - реакційна колона; 5 - бак-реактор; 6 -  насос; 7 - фільтр

Рисунок 3.4 – Схема установки «Імпульс»

 Схема електророзрядної установки включає в себе наступні стадії обробки води: 
           а) аерація водо-повітряної суміші киснем повітря;

б) обробка аерованої води імпульсами електричних розрядів; 
           в) фільтрація обробленої води.

Система аерації призначена для окислення киснем повітря легко окислюються домішок і видалення з води розчинених газів: вуглекислого, сірководню і т.д.

В якості аератора (1) використовується противоточна вентиляторна градирня. Вхідна вода розпорошується ежектором і по хордової насадці аератора стікає зверху вниз. Повітря вентилятором подається назустріч потоку води знизу вгору. Ежектор одночасно є першим ступенем озонування. Для поліпшення перемішування води і повітря аератор заповнений дерев'яними гратами. Аерована вода у вигляді диспергованого потоку далі надходить у електророзрядний блок.

Електророзрядний блок - друга ступінь озонування - являє собою "озонатор", в якому, як і у відомих промислових озонаторах, використовується бар'єрний розряд в газі. Але "озонатор", використовуваний у роботі, виконаний на основі імпульсного бар'єрного розряду, здатний працювати в повітрі з вологістю до 100%. Ця відмінність дозволило розмістити "озонатор" безпосередньо в водо-повітряному потоці і використовувати для обробки води не тільки довгоживучий озон, але й УФ-випромінювання, що супроводжує газовий розряд, і короткоживучі атомарний кисень і радикал ОН. При такому підході вдалося реалізувати найбільш перспективний технологічний процес - спільне вплив УФ-випромінювання і найсильніших природних окислювачів. Концентрація озону в електророзрядних блоці обробки води підтримується в діапазоні всього 1,5 -      2,0 г/м3. Параметром регулювання є частота проходження імпульсів. Електророзрядний блок (2) являє собою систему електродів, розміщених у нижній частині аераційної колони. Електроди приєднані до високовольтного імпульсного джерела живлення (3). У електророзрядному блоці відбувається окислення важко окислюються домішок за рахунок дії хімічно активних часток, що утворюються при електричному розряді в водо-повітряному середовищі. Аератор та електророзрядний блок об'єднані в реакційну колону (4), встановлену на баку реакторі (5).