Сети водоснабжения и их озонирование

WATER SUPPLY NETWORKS AND THEIR OZONING

Andrey Mitrokhin

Student, FGBOU VO GUMRF named after Admiral S.O. Makarova, Russia, St. Petersburg

Alexey Yakovlev

Scientific director, dr. tech. sciences, professor, FGBOU VO GUMRF named after Admiral S.O. Makarova, Russia, St. Petersburg

Аннотация. В данной статье рассмотрена специфика озонирования сетей водоснабжения. При озонировании воды ряд загрязнений переходит в нерастворимые или слаборастворимые в воде формы, которые задерживаются сорбционными загрузками. Отмечено, что озонирование значительно увеличивает эффективность сорбции и ресурс фильтрующих загрузок, а совместное использование озона и сорбции повышает степень окисления загрязнений. Озоно-фильтрационная технология универсальна и эффективно снижает окисляемость, мутность и цветность воды, удаляет запах и привкус, окисляет и удаляет из воды широчайший спектр органических и неорганических соединений, в том числе ионов металлов.

Abstract. This article discusses the specifics of ozonation of water supply networks. During water ozonation, a number of contaminants transform into insoluble or slightly soluble in water forms, which are delayed by sorption loads. It was noted that ozonation significantly increases the efficiency of sorption and the resource of filter media, and the joint use of ozone and sorption increases the degree of oxidation of contaminants. The ozone-filtration technology is universal and effectively reduces the oxidizability, turbidity and color of water, removes odor and taste, oxidizes and removes a wide range of organic and inorganic compounds, including metal ions, from water.

Ключевые слова: водоснабжение, озонирование, эффективность, схема, генератор.

Keywords: water supply, ozonation, efficiency, scheme, generator.

Введение

Обеспечение населения питьевой водой соответствующего качества, является важной социально-экономической задачей России. Особенно актуальным представляется снабжение качественной водой социально значимых и производственных объектов, а также населения, в том числе проживающего небольших городах и поселках.

Применение озона при обработке воды имеет давнюю историю. Первая опытная установка была смонтирована в 1989 г. в Париже. Большое распространение озонирование получило в Германии, Франции, Канаде.

В последние годы способ очистки воды с помощью озона стал широко применяться и в России.

В озоногенераторах фирмы "Озон" используется технология получения озона с помощью тихого электрического разряда. Внешний электрод соединяется с землей. Поскольку этот электрод нагревается в ходе процесса получения озона, он должен охлаждаться водой, воздухом или другими специальными средствами. В этот внешний электрод вставлена специальная стеклянная трубка. Она расположена с кольцевым зазором относительно внутреннего высоковольтного электрода. Между этими тремя электродами происходит управляемый тихий электрический разряд. Этот процесс позволяет преобразовать кислород воздуха в озон. Напряжение разряда на электродах составляет от 1 до 7 кВ.

Озоногенератор производительностью 10 г/ч изготавливается в настенном исполнении, а более высокой производительности, например, 100 г/ч, изготавливаются в напольном исполнении. Характерным для таких объектов является необходимость внедрения современных блочных сооружений локальной водоочистки производительностью 1-20 м3/ч. Очистка воды озоном является одним из самых эффективных методов. Этот химический элемент окисляет загрязнения и разлагает их на безвредные компоненты. При этом вода дезинфицируется. Процесс озонирования осуществляется при помощи специальных очистительных систем.

При химической очистке распыленная озоно-воздушная смесь реагирует с растворенными в воде загрязнителями. Сам по себе процесс очистки имеет сходство с поглощением жидкостью паров воздуха, однако реакция является гораздо более сложной. Главный способ добычи озона для использования при химической очистке воды представляет собой синтез кислорода. Этот метод получения озона сделал популярными озонаторы, принцип работы которых основан на том, что охлажденный до 6°С кислород подается в сосуд, где он оставляет долю содержащейся в нем влаги.

Рисунок 1. Схема очистки воды озоном 

Далее осушенный кислород перемещается к озоновому генератору, где под действием мощных электрических зарядов и происходит его преобразование в озон. Уже отсюда озон по стеклянным трубкам подается непосредственно в место подачи озоно-воздушной смеси. Применение трубок из иного материала недопустимо, так как озон очень быстро окисляется, а при контакте со стеклом он сохраняет свои химические свойства на протяжении 5-6 минут [1] Иногда в установках для озонирования используется одновременно два генератора, один из которых отвечает за предварительную очистку. Реактор представляет собой систему резервуаров, куда при помощи насосов нагнетается вода для проведения очистки. На первом этапе происходит окисление воды в основном резервуаре, по завершении которой воздушно-озонная смесь поступает в запасной резервуар, где она контактирует со свежей, еще не прошедшей очистку, водой. Озонирование воды имеет ряд преимуществ, заключающихся в свободном выборе объема резервуара и возможности перенаправления воды в данном процессе. Получение озона не требует значительных материальных затрат, самым дорогим является электричество, потребляемое генератором. Для получения 1 кг озона потребуется всего 18 кВт электроэнергии, а при использовании вместо кислорода воздуха данный показатель может быть снижен.

В больших промышленных установках, как правило, барботируют озоно-воздушную смесь через толщу очищаемой воды. При этом важнейшим технологическим этапом считается одновременный контакт воды с озоном, с равномерным распределением последнего по всему объему обрабатываемой воды.

В установках с невысоким уровнем производительности озона довольно эффективным считается метод инжекции, в ходе которого вода, проходя через инжектор, создает в нем разрежение, благодаря которому в воду поступает требуемый объем озона.

В результате перемешивания озона в инжекторе последний рассыпается на мельчайшие пузырьки, благодаря чему увеличивается скорость растворения озона в воде. Для улучшения растворения принято использовать пульсационные колонны, оснащенные распределительными тарелками. Этим достигается увеличение производительности генератора. При проведении очистки озон может окислять практически любые загрязнители, превращая их в нерастворимый осадок. Кроме этого при помощи озона удается нейтрализовать любые болезнетворные бактерии и организмы. Водоочистка озоном нашла широкое применение благодаря своей абсолютной безопасности. Что касается основных достоинств данного способа очистки, то следует отметить, что при его реализации происходит расщепление озона на кислород, обладающий высокой скоростью взаимодействия с иными веществами. После очистки отсутствуют какие-либо следы реакции, а сам озон можно добывать из атмосферного воздуха в месте осуществления очистки [3].

Еще одним достоинством озонирования воды является то, что в процессе очистки не нарушается кислотно-щелочной баланс и не происходит повышения уровня содержания солей. Это, в первую очередь, связано с тем, что озон представляет собой производную кислорода, а значит, при реакции с различными веществами происходит лишь их окисление. Озон является наиболее эффективным окислителем металла из всех, которые применяются для очистки воды.

С точки зрения экологической безопасности и глубины воздействия озон не имеет себе равных, так как [2]:

• при озонировании в воду не вносится ничего постороннего, минеральный состав и рН остаются без изменения;
• избыток озона через несколько минут превращается в кислород и не ухудшает органолептических свойств;
• озон разрушает органические вещества, способствующие развитию микроорганизмов;
• при озонировании пестицидов происходит дезодорация с одновременным глубоким разрушением исходных соединений;
• правильно подобранные дозы озона позволяют удалить из воды фенолы, нефтепродукты, поверхностно-активные вещества, сернистые соединения, сероводород;
• озон эффективно окисляет соединения металлов, в т. ч. железо, марганец, алюминий и др. Время окисления озона в несколько раз меньше, чем кислородом или воздухом.

Озонирование создает возможности комплексной обработки воды и улучшает основные органолептические свойства (цветность, запах, привкус).

Но было бы неправильно показывать только преимущества озона. Недостатки озонирования следующие:

• из-за нестойкости озон не может поддерживать бактерицидное состояние воды в течение длительного действия, и поэтому необходимо исключить попадание загрязнений в очищенную воду, что реально только на коротких водопроводных сетях;
• технология озонирования требует значительно больших первичных капитальных затрат по сравнению с другими методами очистки, хотя и окупается в течение 5-8 лет, т. к. никаких дополнительных затрат на реагенты не требуется;
• озон требует внимательного отношения в эксплуатации, все трубопроводы должны быть выполнены из чистых неметаллических материалов.

Всем этим комплексом перечисленных преимуществ и недостатков обусловлена область применения озонирования.

Процесс озонирования предполагает использование следующего необходимого оборудования:

• озоногенератор для производства озона из окружающего воздуха;
• реактор (контактная камера) для обеспечения необходимого времени контакта озона с водой;
• система эжекции для ввода озоновоздушной смеси в воду;
• приборы контроля озона в воде и в воздухе;
• деструктор для разложения озона, не прореагировавшего с водой.

Помещение, в котором устанавливается озонаторное оборудование, должно хорошо вентилироваться и иметь температуру не выше 25-28°С.

Современные системы озонирования обладают высокой степенью автоматизации, малой энергоемкостью и не требуют особой квалификации при обслуживании.

Выводы

1. Очистка воды озоном может использоваться для того, чтобы обеззаразить и обесцветить воду, удалить из нее посторонние запахи и привкусы. Главный процесс, который происходит при очистке, это окисление.

2.  Станция водоснабжения оснащается особыми генераторами, вырабатывающими газ-окислитель. Именно его впоследствии пропускают через весь очищаемый объем воды. Газ, проходя через него, отдает свободные атомы кислорода. Они уничтожают вредные микроорганизмы и бактерии. В результате окисления выделяются молекулы кислорода, остаток молекул озона, а также углекислый газ и газы, образующиеся в процессе разложения органических объектов. 

3. Озонирование воды позволяет добиться лучших результатов, чем хлорирование. Во-первых, последний способ помогает бороться только с живыми организмами и не избавляет от опасных примесей. А во-вторых, хлор имеет выборочное длительное действие, в результате которого образуются соединения, представляющие опасность для здоровья человека. Очистка воды озоном совершенно безопасна. Она позволяет быстро устранить бактерии и токсичные компоненты.

Озонаторы для очистки воды также помогают избавиться от магния и железа в воде. Данные вещества могут портить вкус и придавать жидкости желтый оттенок. Кроме того, их чрезмерное количество способно оказывать негативное действие на здоровье человека. Благодаря же действию озона, растворимые соединения этих элементов переходят в нерастворимую форму.