Подготовка питьевой воды с помощью озонирования

Оброблена таким чином вода з бака-реактора насосом (6) подається в систему фільтрації. Для фільтрації води застосовується напірний фільтр (7) з фільтруючою завантаженням, у якості якої використовується природний мінерал «Горіла порода» (рожевий пісок). Промивка фільтрів проводиться зворотним струмом чистої води [3].

 У таблиці 3.3 наведені технічні характеристики установки «Імпульс» продуктивністю 5 м3 / год.

 

Таблиця 3.3 Техничні характеристики

Потужність джерела живлення, кВт	0,5
Витрата повітря, м3/год	30
Діаметр фільтра, м	1,0
Висота шару загрузки, м	1,0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 ОБГРУНТУВАННЯ ВИБОРУ  ОСНОВНОГО ТЕХНОЛОГІЧНОГО УСТАТКУВАННЯ

 

Основним апаратом установки «Імпульс» є реакційна колона, яка складається з аератора і електророзрядного блоку. У цьому блоці розташований озонатор, який являє собою систему електродів, приєднаних до високовольтного джерела живлення. Високовольтні електроди виконані з бічними виступами, направленими в один бік. З метою підвищення швидкості очищення шляхом створення інтенсивної циркуляції води в пристрої заземлений електрод виконаний секціонірованим з направленими в один бік виступами на бічній поверхні кожної секції. 
       Електродна система установки виконана з декількох електродів, зібраних у вигляді двох гребінок. Електроди однієї гребінки з'єднані з генератором високовольтних імпульсів, а електроди іншого - заземлені. На електроди надіті електроізоляційні бар'єри у вигляді трубок із кварцового скла. У гребінках електроди можуть займати горизонтальне або вертикальне положення і розташовуватися на одному або декількох рівнях по вертикалі. Відстань між високовольтними і заземленими електродами встановлюється в межах 1-15 мм. Оптимальним є відстань між електродами 4-10 мм. Електроди можуть мати різну форму. Дослідним шляхом встановлено, що найбільш ефективні циліндричні і пластинчасті (плоскі) електроди. Всі електроди забезпечені електричними бар'єрами. Бар'єр являє собою шар електроізоляційного матеріалу певної товщини d, нанесений на поверхню електрода, або розташований на деякій відстані від поверхні електрода. Відстань між бар'єром і електродом має бути мінімально можливим. Проте в будь-яких умовах ця відстань має бути менше 0,5 S-d, де S - межелектродное відстань, мм, d - товщина електричного бар'єру, мм.

У даній установці оброблена вода після реакційної колони надходить на напірний фільтр. Усередині корпусу фільтра з можливістю вертикального переміщення відносно один одного встановлені циліндричні обичайки. У центрі обичайок мається циліндрична перфорована труба. Вона виконана телескопічною рознімної, її верхній кінець закріплений на конічної частини верхньої обичайки і через центральний отвір в обичайці і сильфон з'єднаний з вузлом підведення вихідної води і відведення промивної води. Нижній кінець перфорованої труби жорстко закріплений на конусної частини нижньої обичайки. Фільтруюча завантаження з щільністю менше щільності води розташована між перфорованої трубою і бічними циліндричними поверхнями, виконаними теж перфорованими [5], [6].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 МАТЕРІАЛЬНИЙ БАЛАНС ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ

 

Основні розрахункові дані:

а) доза озону ДО3 = 2 г/м3;

є) продуктивність установки 5 м3/год;

в) вміст іонів Fе+2  С Fе+2  = 0,362 мг/дм3= 0,000362 кг/м3;

г) вміст іонів Mn+2 С Mn+2 = 0,215 мг/дм3 = 0,000215 кг/м3;

д) ступінь очищення від Fе+2  η = 0,98;

е) ступінь очищення від Mn+2    η = 0,94;

є) витрата повітря 30 м3/год.

Складемо матеріальний баланс реакційної колони.

Знайдемо кількість повітря, яке необхідно для процесу озонування:

 

,                                                     (5.1)

 

де – об’єм повітря, м3/год;

  - молярна маса повітря, г/моль;

 – молярний об’єм газу, дм3/моль.

 

 

Кількість кисню в повітрі складає:

 

 

Кількість азоту в повітрі складає:

 

 

Кількість домішок в повітрі складає:

 

 

Знайдемо кількість озону, що утворився:

                                             3О2 → 2О3                                                            (5.1)

 

 

 

З урахуванням того, що  тільки 80% кисню перетворилось в озон:

 

 

Розрахуємо кількість речовин mi, які надходять з вихідною водою:

 

       (5.2)

 

де  Сі – вміст кожного забруднюючої речовини, яка міститься у воді, кг/м3;

 Q - продуктивність установки,  м3/год.

Для Fe+2:

 

 

Для Мn+2:

 

 

Кількість вилучених речовин:

 

                                                                                                                                (5.3)

 

де – ступінь вилучення і-ї речовини.

 

 

Залишилось:

 

 

Результати розрахунків наведено у таблиці 5.1.

 

Таблиця 5.1- Матеріальний баланс реакційної колони

Прихід		Витрата
Стаття	кг/год	Стаття	кг/год
1	2	3	4
1.Вода у т.ч. Fe+2 Mn+2	5000 0,0081 0,0011	1.Вода після очищення у т.ч. Fe+2 Mn+2	5000   0,0002 0,0001

 

1	2	3	4
2.Повітря у т.ч. О2 N2 домішки	38,84 8,16 30,29 0,39	2.Повітря у т.ч. О2 N2 домішки О3	38,84 1,63 30,29 0,39 6,53
Усього	5038,84	Усього	5038,84

 

 

 

 

 

 

 

Складемо матеріальний баланс напірного фільтру.

Знайдемо кількість шламу:

mшл=      

де, φ-вологість осаду.

 

 

Кількість води на виході з фільтру становить:

 

     m=5000 – 0,0006 = 4999,99 кг/год.

 

Результати розрахунків наведено у таблиці 5.1.

 

Таблиця 5.2- Матеріальний баланс напірного фільтру

Прихід		Витрата
Стаття	кг/год	Стаття	кг/год
1.Вода у т.ч. Fe+2 Mn+2	5000 0,0002 0,0001	1.Вода після очищення 2. Шлам	4999,99   0,0006
Усього	5000	Усього	50000

Схема балансових потоків зображена на рисунку 5.1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 АЛГОРИТМ КОНСТРУКТИВНОГО РОЗРАХУНКУ АПАРАТА

 
            Компонування і розрахунок блоку озонаторів. Приймають озонатор певної ​​конструкції продуктивністю Gоз. Розраховують необхідну кількість робочих озонаторів для озонувальної установки:

 

                                                                                                                            (6.1)

 

Активна потужність розряду озонатора U є функцією напруження і частоти струму і може бути визначена за формулою проф. Ю. В. Філіппова:

 

                               

 

де  uр - напруга в розрядному проміжку, В; 
            ω - кругова частота струму, Гц; 
            Cе і Cп - електрична ємність електродів і разрядного проміжку, Ф; 
            ua - робоча напруга, що підводиться до озонатори, В.

Для певного озонатора при встановлених робочих умовах величини Cе , Cп і uр мають постійні значення незалежно від напруги або частоти струму. Тому витрата електроенергії пропорційний частоті струму ω  і максимальному напруженню струму uа .

Напруга струму в озонатори приймається за дослідними даними. Продуктивність озонатора збільшується з підвищенням частоти струму ω, але разом з тим зростає витрата електроенергії трансформатором і перетворювачем частоти. 
           Значення Cе і Cп визначаються за звичайними формулами для розрахунку ємності плоского конденсатора; їх величини  невеликі і виражаються в мікрофарадах.

Слід розрізняти активну потужність озонатора U в кВт і вольтамперну потужність Uа, виражену в кВА. Їх відношення називається ємнісним коефіцієнтом потужності:

 
            Основною деталлю розглянутого озонатора є стеклянні діелектричні трубки, заплавлені з одного кінця і мають на внутрішній поверхні графітові покриття. У сталеві трубки внутрішнім діаметром d1 вставлені скляні трубки внутрішнім діаметром d2. Концентричний зазор між трубками шириною                              служить розрядним проміжком.

Площа поперечного перерізу кільцевого розрядного проміжку, мм:

 

                                                

                                                 (6.4)

 

Швидкість проходу сухого повітря через кільцевий розрядний проміжок в цілях найбільшої економії витрат електроенергії рекомендується в межах υв = 0,15 – 0,2м/с.

Кількість скляних діелектричних трубок в одному озонаторі:

 

                                            птр = Qв /qв,                                                         (6.5)

 

де Qв – витрата повітря, необхідного для електосинтезу, м3/год;

qв – витрата повітря крізь одну трубку озонатора, м3/год.

Площа поперечного перерізу циліндричного корпусу озонатора повинна бути більше на 35%, тобто:

 

                                          Fк=l,35·∑fтр,                                                       (6.6)  

        

де fтр – сумарна площа поперечного перерізу трубок, м2.

Внутрішній діаметр корпусу озонатора буде, м [7]:      

 

                                                                                                       (6.7)                                                                                                          

7 ВИБІР СХЕМИ АВТОМАТИЧНОГО КОНТРОЛЮ І РЕГУЛЮВАННЯ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ

 

Технологічний контроль за роботою схеми включає визначення і контроль наступних параметрів: вимірювання витрати повітря, яке надходить реакційну колону; вимірювання витрати води; сигналізація розрядження в ежекторі; регулювання та сигналізація рівня води баку [8], [9].

Положення приладів та апаратів наведено на рисунку 7.1. Зведення про вибрані засоби  контролю та автоматизації наведені в таблиці 7.1.

 

Прилад по місцю
Прилад на щиті КВП

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8 АНАЛІТИЧНИЙ КОНТРОЛЬ

 

Аналітичний контроль якості води процесу озонування здійснюється за такими показниками:  вміст озону в очищеній  воді, вміст озону в водоповітряній суміші, вміст озону в робочому приміщенні, представлено у таблиці 8.1 [10].