Подготовка питьевой воды с помощью озонирования

РЕФЕРАТ

 

Дипломна робота: 51 с.,  11 табл., 7 рис., 13 посилань

Об'єктом роботи є метод озонування, який призначений для знезараження води.

Метою роботи є дослідження технології очищення води методом озонування, розрахунок матеріального балансу процесу.

У пояснювальній записці наведено літературний огляд, описана фізико-хімічні основи процесу, описана технологічна схема очищення з обґрунтуванням вибору основного обладнання,  принцип дії апаратів,  а також розрахунок апарату.

ПИТНА ВОДА, ОЗОНУВАННЯ, ОКИСЛЕННЯ, ОЗОН, ОЗОНАТОР, ІМПУЛЬСНИЙ БАР’ЄРНИЙ РОЗРЯД, УСТАНОВКА «ІМПУЛЬС», РЕАКЦІЙНА КОЛОНА, АЕРАТОР, ЕЛЕКТРОРОЗРЯДНИЙ БЛОК, НАПІРНИЙ ФІЛЬТР

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ABSTRACT

 

Diploma thesis: 52 p., 11 table , 7 pic., 13 references

The object of work is the method of ozone, which is intended for disinfection of water. 
The aim is to study the technology of water treatment by ozone treatment, material balance calculation process.

Іn the explanatory note is given an analytical review of the literature describes the physical and chemical bases of the processes is described flowsheet cleaning with justification of choice of major equipment, the principle of the apparatus and the calculation unit.

DRINKING WATER, OZONE TREATMENT, OXIDATION, OZONE, OZONIZER, PULSED BARRIER DISCHARGE, INSTALLATION OF «IMPULSE», A REACTIONARY COLUMN, AERATOR, ELECTRIC DISCHARGE UNIT, PRESSURE FILTER

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗМІСТ 

 

Вступ……………………………………………………………………………….
1 Аналітичний огляд……………………………..………………………………
2 Фізико-хімічні основи технологічного процесу………………………………
3 Опис технологічної схеми очищення з обґрунтуванням вибору основного обладнання………………………………………………………………………..
4 Матеріальний баланс технологічного процесу ……………………………..
5 Алгоритм конструктивного розрахунку основного апарату…………………
6 Аналітичний контроль показників якості води……………………………….
7 Вибір схеми автоматичного контролю і регулювання технологічного  процесу……………………………………………………………………………… 8  Правила безпечної експлуатації апарата  й  охорона праці……………………
8.1 Потенційні небезпеки…………………………………………………………
8.2 Пожежна безпека……………………………………………………………… 9 Еколого – економічне  обгрунтування впровадження нового устаткування……………………………………………………………………..
9.1 Загальна характеристика пропонованого варіанту устаткування ………
9.2 Дані про споживані ресурси ………………………………………...……
9.3 Очікувані еколого-економічна та соціальні ефекти від провадження нового устаткування……………………………………………………………
9.4 Відвернений економічний збиток в результаті природоохоронної діяльності…………………………………………………………………………. ..
Висновки…………………………………………………………………………….
Перелік посилань……………………………………………………………………
.

 

 

 

 

ВСТУП

 

Очищення води - найгостріша проблема сьогоднішнього дня. Об'єм забрудненої води постійно збільшується, і навіть та, що використовується для водопостачання, часто не може похвалитися по-справжньому високою якістю. Близько 90 % всіх використовуваних водних ресурсів потребують постійного очищення, а існуючі джерела прісної води не справляються з потребами, які пред'являють мільярди людей в цілому, так і окремі міста, організації і землевласники. 
             Реальними практичними методами, що володіють необхідним потенціалом знезараження води і пройшли перевірку на діючих великомасштабних спорудах водопідготовки, сьогодні є хлорування, озонування та ін.. Хлорування - найбільш поширений спосіб обробки питної води.

Альтернативою процесу хлорування води є її знезараження за допомогою озону. Процес озонування, як і процес хлорування, здійснюється просто шляхом контакту води з газом. Озон - дуже сильний окислювач, що руйнує бактерії і віруси. На відміну від хлорування, при якому хлор може з'єднуватися з вуглеводнями, що містяться у воді, при озонуванні хлорованих вуглеводнів не утворюється; навпаки, озон може руйнувати присутні у воді вуглеводні шляхом їх окислення. Більш того, озон сам по собі ефективний при знебарвленні води і не створює стороннього присмаку і запаху.

Для дослідження у дипломній роботі було обрано очищення вод методом озонування.

 

 

 

 

 

 

 

1 АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД

 

З числа відомих методів очищення води багато з них перебувають поки на стадії чисто наукових розробок (до них відносяться, наприклад, пропускання постійного, змінного або імпульсного струму, кавітація, радіаційне опромінення рентгеном, гамма-квантами або прискореними електронами). Реальними практичними технологіями є хлорування, озонування та ультрафіолетове (УФ) опромінення. Кожна з цих технологій має переваги і недоліки по оптимальності в технологічному процесі, характер впливу на воду і його наслідків, економічна ефективність, можливості і витрати на впровадження технології в існуючі системи водоочищення. Вибір конкретної технології повинен ґрунтуватися на комплексному аналізі цих переваг і недоліків з гігієнічної, техніко-експлуатаційної та економічної точок зору.

Найбільш поширений спосіб знезараження питної води - хлорування, заснований на здатності вільного хлору та його сполук «пригнічувати» ферментні системи мікробів, що каталізують окислювально-відновні процеси. Для знезараження питної води застосовують хлор, двоокис хлору, хлорамін і хлорне вапно. Широкому розповсюдженню хлору у технологіях водопідготовки сприяє його ефективність при знезараженні природних вод і здатність консервувати вже очищену воду тривалий час. Крім того, попереднє хлорування води дозволяє знизити кольоровість води, усунути її запах і присмак, зменшити витрату коагулянтів, а також підтримувати задовільний санітарний стан очисних споруд станцій водопідготовки.

Хлорування процес знезараження води із застосуванням хлорвмісних агентів, які вступають в реакцію з водою або розчиненими в ній солями. Внаслідок взаємодії хлорвмісних агентів з протеїнами і аміносполуками, які містяться в оболонці бактерій і їх внутрішньоклітинному речовині, відбуваються окислювальні процеси, хімічні зміни внутрішньоклітинної речовини, розпад структури клітин і загибель бактерій та інших мікроорганізмів. Сильним окислювальною і дезинфікуючою дією володіють наступні сполуки хлору: вільний хлор (Cl2), гіпохлорит-аніон (ОCl-), хлорнуватиста кислота (HОCl), хлораміни (речовини, при розчиненні у воді яких утворюється монохлорамін NH2Cl, діхлорамін NHCl2, тріхлорамін NCl3). Сумарний вміст цих сполук називають терміном «активний хлор».

Речовини, що містять активний хлор поділяються на дві групи: сильні окислювачі - хлор, гіпохлорити натрію і кальцію і хлорнуватиста кислота - містять так званий «вільний активний хлор», і менш сильні окислювачі - хлораміни - «пов'язаний активний хлор». Завдяки сильним окислювальним властивостям сполуки, що мають активний хлор використовують для дезінфекції питної води та води в басейнах, а також для хімічної очистки деяких стічних вод. 
Найбільш широке поширення в якості сильного окислювача і знезаражувального агента отримав молекулярний хлор та його модифікації (гіпохлорити натрію і кальцію, хлористий амоній) [1].

Для станцій великої продуктивності використовують хлор-газ, що доставляється і зберігається в зрідженому стані в стандартних сталевих балонах місткістю від 25 до 69 кг. Для дозування у воду хлору використовують спеціальні апарати - хлоратори. Вільний хлор при розчиненні у воді диспропорціонує з утворенням соляної і хлорнуватистої кислот по реакції:

 

                                   Cl2 + H2O  = HCl + HOCl                                            (1.1)

 

Потім відбувається дисоціація хлорнуватистої кислоти з утворенням гіпохлорит - іона:

 

                                          НОCl = H++ OCl -                                                 (1.2)

 

Не диссоційовані молекули хлорнуватистої кислоти володіють великою бактерицидною дією, ніж гіпохлорит іони. При величині рН = 5-6 хлор присутній у воді головним чином у вигляді хлорнуватистої кислоти. З підвищенням величини рН концентрація гіпохлорит іонів поступово зростає, досягаючи 97 % при рН = 9.

Якщо у хлорованій воді міститься природний аміак або азотовмісні органічні сполуки (наприклад, амінокислоти), то вільний активний хлор вступає з ними в хімічну взаємодію і утворює хлораміни та інші хлорпохідні, так званий пов'язаний активний хлор.

У схемі освітлювальної обробки повинно бути передбачене подвійне хлорування води: прехлорювання (до освітлення) і постхлорування (після освітлення).  
            Знезараження води хлором або препаратами, які містять хлор здійснюється такими дозами, щоб після повного окислення органічних речовин у воді залишався надлишок хлору, так званий залишковий хлор. Саме він надає воді антибактеріальну стабільність протягом певного (2-4 год) часу. Недотача хлору може призвести до не повного знезараженню природних або стічних вод, а надлишок - до потрапляння в питну воду або у водойму вільного хлору.Для видалення надлишкового хлору зазвичай використовують реагенти - відновники (гідросульфіт натрію, сірчистий ангідрид).

При нормальному хлоруванні питної води з подачею хлору після фільтрування і перед резервуаром чистої води дози становлять 2-3 мг / дм3 для води поверхневих вододжерел і 0,7-1 мг / дм3 для підземних вод. Контроль ефективності дезінфекції ведуть за залишковим хлором після 30 хвилинного контакту води з дозованим реагентом. У питній воді вміст залишкового хлору встановлено на рівні 0,3-0,5 мг / дм3 у вільному вигляді і на рівні 0,8-1,2 мг / дм3 у зв'язаному вигляді. Активний хлор у зазначених концентраціях присутній у воді нетривалий час (не більше кількох десятків хвилин) і остачі видаляється навіть при короткочасному кип'ятінні води.

При хлоруванні стічних вод через мінливість їх хімічного складу сувора дозування хлору утруднена. У природній воді вміст активного хлору не допускається. Доза хлору повинна в кожному конкретному випадку встановлюватися експериментально в результаті пробного хлорування. 
            Вибір апаратури й устаткування для знезараження води залежить від виду знезаражувального агента. При знезараженні води хлором основне призначення апаратури та обладнання - дозувати хлорреагент і забезпечити контакт води з хлором. Для знезараження води розчинами хлорного вапна або гипохлоритов найбільшого поширення набула бочкова система, яка зображена на рисунку 1.1.

 

 

 

 

 

 

 

1 - затворний бак; 2 - розчинні баки, 3 - дозуючий бачок, 4 - трубопровід,  5 – воронка

Рисунок 1.1 - Установка для знезараження води хлорним вапном

 
          Ефективність, доступність і помірна вартість, а так само великий досвід роботи з цим реагентом забезпечили хлору виняткову роль - більше 90% водопровідних станцій у світі знезаражують і знебарвлюють воду хлором, витрачаючи до 2 млн. тон цього рідкого реагенту на рік.

Однак хлор як реагент водопідготовки має суттєві недоліки. Наприклад, хлор і хлорвміщуючі сполуки володіють високою токсичністю, що вимагає суворого дотримання підвищених вимог техніки безпеки. Ці сполуки за даними численних досліджень по відношенню до людини мають високу токсичність, мутагенність і канцерогенність. Хлорування стічних вод перед скиданням у водойми призводить до того, що хлорпохідні і залишковий хлор, потрапляючи в природні водойми, мають негативний вплив на різні водні організми, викликаючи у них серйозні фізіологічні зміни і навіть їх загибель. Крім того, хлорорганічні сполуки є і забруднювачами питної води, так як, мають високу стійкість, викликають забруднення річок на значних відстанях вниз за течією, практично не видаляючись в процесі водо підготовки [2].

Вважається, що озонування є більш екологічно чистою технологією. Озонування, як засіб для знезараження, вперше було випробувано в 1886 р. у Франції. З 1905 р. в Росії почала діяти експериментальна установка для озонування води при Петропавловській лікарні. У 1911 р. в Петербурзі була введена в дію найбільша в світі виробнича установка озонування, обробляти 44 500 м3 води на добу. У світі на сьогоднішній день працює безліч систем водопідготовки, що використовують озонування: у Франції, Канаді, Швейцарії, Італії, Німеччини, Саудівської Аравії та ін..

Озонування води широко використовується, наприклад, при очищенні води з підземних та поверхневих джерел, оборотної води басейнів, очищення та стерилізації стічних вод, застосовується для знезараження води, призначеної для бутилювання, видаляючи з води всі неприємні присмаки і запахи, використовується для дезодорації повітря, очищення вентиляційних викидів і т.д.

Очищення питної води озонуванням - дуже затребувана процедура. Проведення озонування для отримання питної води дає такі результати:

а) знижується кольоровість і поліпшується прозорість рідини; 
б) видаляються запахи і присмаки; 
в) видаляється марганець і залізо; 
г) окислюються і розкладаються сполуки азоту (аміак), ціаніди, сірководень і фенольні сполуки; 
д) окислюються нафтопродукти; 
е) відбувається дезінфекція та стерилізація.

У озонованої питної води є, як корисні властивості, так і недоліки. При розпаді цього газу утворюється кисень у великій кількості, від чого поліпшуються лікувальні та смакові властивості рідини. Також озон володіє знезаражувальним властивістю, вбиваючи всі шкідливі мікроби і віруси, при цьому pH склад залишається без змін. Якщо говорити про мінуси застосування цього методу очищення, то варто бути обережнішими при тривалому вдиханні газу - він може надати шкідливий вплив на легені і дихальні шляхи.

Однією з переваг озону з гігієнічної точки зору є нездатність, на відміну від хлору, до реакцій заміщення, у воду не вносяться сторонні домішки і не виникають шкідливі для людини сполуки. Особливістю озону є і його швидке розкладання у воді з утворенням кисню, тобто озон володіє повною екологічною безпекою. Час «життя» озону у воді - 10-15 хв. Озон деколи використовують у поєднанні з іншими методами: хлоруванням, флотацією, електрохімічної обробкою і ультразвуком. В результаті, при застосуванні цієї технології не утворюються такі хлорвміщуючі речовини, як діоксин.

У таблиці 1.1 показана ефективність дії озону в порівнянні з іншими окислювачами на результати обробки води.

 

Таблиця 1.1 – Ефективність дії озону