29. Озонирование

Озон (О₃) является сильным окислителем, разрушающим ферменты бактерий примерно в 20 раз быстрее хлора. Озон – бледно-фиолетовый газ, удельной массой 2,14 г/л, малорастворимый в воде – в 1 л при 10⁰С растворяется 1,04г. Озон чрезвычайно токсичен, предельно-допустимая концентрация его в воздухе – 0,1 мг/м³.

Впервые в широком масштабе озонирование было применено в 1911 г. в Петербурге, в настоящее время озонирование широко применяется во Франции (200 установок) – озонированной водой пользуется треть всего населения. Используется озонирование и в других странах – Бельгия, Нидерланды, Англия, Польша, Болгария, Канада и др.

В СССР озонируется вода на крупных водопроводных станциях – Днепровская (г. Киев), Восточная (г. Москва, производительность 1,2млн. м³/сут) и других.

Озонирование имеет ряд существенных преимуществ перед хлорированием:

1. Не образуются соединения, создающие привкусы и запахи (хлор при наличии фенолов образует соединения со стойким хлор - фенольным запахом), а также токсичные хлорорганические соединения (например, хлороформ, обладающий канцерогенным воздействием).

2. Достигается более полная стерилизация воды и дезактивация вирусов при достаточной дозе озона.

3. Улучшаются органолептические показатели качества воды - удаляются запахи и привкусы, снижается цветность.

4. Разлагаются поверхностно-активные вещества (ПАВ), удаляются фенолы, сероводород, железо, марганец.

Таким образом, озон обладает широким спектром воздействия на воду. Поэтому его целесообразно применять не только для обеззараживания воды – это метод комплексной обработки воды. Существуют разные технологические схемы обработки воды с использованием озона, при которых озон вводится в воду от 1 до 3 раз. В качестве примера на рис 16.6. приведена технологическая схема, при которой озон вводится трижды. Данные о технологиях озонирования воды приведены также в курсе «водоснабжение предприятий».

Технология озонирования включает следующие основные операции:

1. Подготовка воздуха.

2. Синтез озона.

3. Смешение озона с водой.

Озон получают непосредственно в очистных станциях из воздуха или чистого кислорода

(что дороже). Воздух должен быть предварительно подготовлен - осушен и очищен от механических примесей. Осушка воздуха нужна потому, что при высокой влажности резко возрастает расход электроэнергии при синтезе. Осушка производится в абсорбционных установках. Содержание остаточной влаги должна быть не более 0,05 г/м³. при производительности озонатора более 6 кг/ч применяют более экономичную схему - в начале воздух подают в холодильную установку, а затем обрабатывают в абсорберах.

Синтез озона производят в электрических трубчатых озонаторах (рис. 16.7.)

Для производства озона расходуется полезно лишь 10-15% энергии – остальная часть переходит в тепло, которое необходимо отводить. Для охлаждения электродов в озонаторах циркулирует вода (рис. 16.8).

С хема комплекса сооружений для озонирования воды представлена на рис. 16.9.

Озоно-воздушная смесь поступает в контактный резервуар в распределительную систему из пористых труб и в виде мелких пузырьков поднимается вверх. Высота слоя воды – 4-8 м.

На озонаторных станциях Москвы и Киева предусмотрено повторное использование непрореагировавшего озона, для чего предусмотрен циркуляционный вентилятор 8.

Для смешения озона применяют механические смесители, с помощью которых скорость растворения озона можно при необходимости регулировать.

Дозы озона определяют пробным озонированием, а для предварительных расчетов дозы принимают по рекомендациям СНиП:

• для подземных источников – 0,75-1 г/м³,

• для фильтрованной воды – 1-3 г/м³.

Концентрация остаточного озона после камер смешения должна быть 0,1-1,3 г/м³.

В воздухе и в воде озон быстро разлагается – за 10-15 мин. разлагается до 50% озона. Поэтому необходимо обеспечить как можно меньшее расстояние от озонаторной установки до места ввода.

Ориентировочные затраты электроэнергии для получения 1 кг озона и смешения его с водой - 28- 45 кВт-ч. Из-за высокой токсичности озона к помещениям озонаторных предъявляют высокие требования по технике безопасности (вентиляция, компоновка помещений, конструкции и т.п.).

Недостатки озонирования:

1. Использование озонирования существенно усложняет конструкцию сооружений для очистки воды, так как здесь требуются герметичные контактные камеры энергоемкое оборудование для получения озона, а также для поглощения его избытка (предельно допустимая концентрация О₃ в воздухе в 10 раз меньше, чем хлора). Кроме того, необходима аппаратура для контроля над дозами, так как их превышение приводит к появлению в воде соединений, придающих ей запах.

2. При неправильной дозировке озона в воде появляются токсичные вещества (например, бром- органика, альдегиды и т.п.), а также вещества, придающие воде запах.

3. Коррозионная активность озона и его растворов приводит к необходимости применять трубы из нержавеющей стали (разрушаются через 10 -15 лет) или алюминия (разрушение через 5 -7 лет).

4. Большой расход электроэнергии, сложное дорогостоящее оборудование приводит к увеличению стоимости обработки – стоимость озонирования примерно в 4 раза выше, чем хлорирования.

Из-за отсутствия последействия приходится помимо озонирования хлорировать воду перед резервуарами.