Оборудование для озоновой очистки и обеззараживания питьевой воды

Докладчик: Поликарпов Геннадий Александрович

генеральный директор НПФ «Озоновые технологии»

Озонирование — современный и действеннй способ очистки воды. Озон — это не только мощное средство для подготовки питьевой воды. Перечень областей, в которых он используется как обеззараживающее средство, средство для удаления запахов, катализатор химических и технологических процессов достаточно велик. Озон очень эффективен при обработке воздуха. Это дезинфекция помещений для хранения продуктов и для содержания животных, очистка загрязнений воздуха при выбросе после «грязных» металлургических и химических производств, предпосевная обработка семян, обработка целлюлозы, отбеливание тканей. Озонирование воздушной среды улучшает условия труда, снижает микробную загрязненность. Отдельной и важной отраслью использования озона является медицина. В озонотерапии применяются озонированные физиологические растворы, озонная аутогемотерапия; озон очень эффективно используется при лечении ожоговых заболеваний. Озон и его действие известны и изучаются достаточно давно, прикладное использование озона началось еще в ХIX веке.

Несомненно, что озонирование является одним из наиболее экологически чистых и универсальных методов обработки воды.

Озонирование, как средство для обеззараживания, впервые было опробовано в 1886 г. во Франции. С 1905 г. в России начала действовать экспериментальная установка для озонирования воды при Петропавловской больнице. В 1911 г. в Петербурге была введена в строй самая крупная в мире производственная установка озонирования, обрабатывавшая 44 500 м³ воды в сутки. В мире на сегодняшний день работает множество систем водоподготовки, использующие озонирование. В основном в Северной Америке и Европе.

В России в советское время в большом масштабе озонирование было использовано на Восточной водопроводной станции в Москве. В 1968 г. станция была оснащена озонаторами французской фирмы «Трейлигаз». Однако из-за относительной дороговизны оборудования, строгости технологии и нестабильного качества выпускаемого оборудования озонирование долго оставалось на уровне эксперимента.

В области водоподготовки озон также используется в нескольких направлениях:

обеззараживание и очистка питьевой воды из поверхностных или подземных источников;

обеззараживание и очистка сточных вод;

обеззараживание и очистка воды в системах оборотного водоснабжения бассейнов.

Мы остановимся на свойствах озона и использовании его в подготовке питьевой воды.

Озон является трехатомной модификацией кислорода (О3) и при нормальной температуре и давлении представляет собой газ бледно фиолетового цвета. В природном состоянии озон находится в высоких слоях атмосферы, где возникает фотохимическим путем под действием солнечной радиации. Он обладает характерным «грозовым» запахом и в переводе с греческого означает «пахучий». В искусственных условиях озон получают различными методами, но в большинстве случаев в смеси с воздухом или кислородом. В производственных процессах получения озона для очистки воды озоновоздушную смесь получают при помощи «тихого» или коронного электрического разряда в озонаторах. Процесс получения озона из кислорода воздуха сопровождается выделением большого количества тепла. Поэтому генераторы озона должны иметь воздушное или водяное охлаждение.

Озон является одним из наиболее сильных природных окислителей. Следует отметить, что связь одного из атомов в молекуле озона относительно непрочна, что обуславливает нестабильность молекулы в целом и эффективность взаимодействия с другими веществами. Именно благодаря этому свойству озон является наиболее сильным окислителем и исключительным по эффективности дезинфицирующим средством.

Нестабильность озона обуславливает необходимость его применения непосредственно на месте получения. Озон не подлежит упаковке, хранению и транспортировке.

Озон имеет высокую растворимость и активно вступает в реакцию с широчайшим спектром органических и неорганических веществ, его окислительный потенциал составляет 2,07 Вольта и уступает только фтору 2,87 В.

Одним из преимуществ озона с гигиенической точки зрения является неспособность, в отличие от хлора, к реакциям замещения. В воду не вносятся посторонние примеси и не возникают вредные для человека соединения, такие как тригалометаны – соединения хлора с органикой. Особенностью озона является и его быстрое разложение в воде с образованием кислорода, т.е. озон обладает полной экологической безопасностью. Время «жизни» озона в воде в зависимости от чистоты воды составляет от 10 мин. до нескольких часов.

Скорость разложения озона в воздушной или водной среде оценивается при помощи периода полураспада, т.е. времени, в течение которого концентрация озона уменьшается вдвое.

Водные растворы озона менее стабильны, чем газообразный озон. Скорость распада озона в воде возрастает в следующих случаях:

1. при наличии в воде примесей, окисляемых озоном (химическая потребность воды в озоне);

2. при повышенной мутности воды, т.к. на границе раздела между частицами и водой реакции взаимодействия озона протекают быстрее;

3. при воздействии на воду УФ облучением.

Растворимость озона в воде выше, чем кислорода, поэтому в воде, обработанной озоном, повышается содержание растворенного кислорода, что обеспечивает воде свежий вкус даже при комнатной температуре.

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.

НПФ «Озоновые технологии» разрабатывают и производят Системы озоновой очистки воды различной производительности по воде и озону. Озоносорбционная технология реализованная в этих системах, эффективно снижает окисляемость, мутность и цветность воды, удаляет запах и привкус, окисляет и удаляет из воды широчайший спектр органических и неорганических соединений и ионов металлов.

При разработке систем мы опирались на работы российских ученых из Института Химической Физики РАН Станислава Дмитриевича Разумовского и Геннадия Ефремовича Заикова, которые исследовали и описали кинетику и механизм взаимодействия озона с органическими веществами. Первой стадией окисления органических соединений озоном является образование ОЗОНИДОВ – веществ, нерастворимых или слаборастворимых в воде. Эти продукты окисления нестабильны, поэтому задача озоносорбции обеспечить такие временные и геометрические параметры системы, чтобы максимальное количество озонидов попало на сорбент до их разложения и дальнейшее окисление проходило на поверхности и в порах загрузки. В этом случае полностью исключается образование в очищенной воде таких продуктов окисления как альдегиды, кетоны и т.п. В патентах РФ, полученных специалистами нашей фирмы, описаны соотношения параметров систем, обеспечивающих максимальную эффективность озоносорбционных процессов.

Озон взаимодействует также с ионами ряда металлов, в том числе и тяжелых, переводя их в ионы более высокой валентности, например, Fe 2+→Fe 3+; Mn 2+→Mn 4+ и т.д. Соли и гидроокиси этих металлов становятся нерастворимыми или слабо растворимыми в воде и эффективно задерживаются песчаной и угольной загрузками.

Обладая несомненными преимуществами, как наиболее эффективный, комплексный и естественный реагент, озон не является панацеей от всех загрязнений воды. Хотя ряд источников воды удается очистить до нормативов бутилированной воды применением лишь озоновых технологий, но озонирование и озоносорбция не могут быть единственным универсальным методом очистки воды, избавляющим ее от всех возможных загрязнений. Если состав исходной воды по кальцию, магнию, калию, натрию и фтору соответствует нормативам, то при озоносорбции содержание этих элементов не изменится – нет необходимости корректировать количество этих важнейших для расфасованных вод минеральных компонентов. Если же их содержание превышает нормативы, то часть воды необходимо направить после системы озоновой очистки на умягчение и мембранную фильтрацию. Кроме того, озоносорбционная технология не изменяет содержание в воде сульфатов, нитратов, хлоридов и карбонатов. Для коррекции количества этих ионов следует применять умягчение и обратноосмотические системы. Необходимо отметить, что вода после системы озоновой очистки содержит растворенный озон, который увеличивает эффективность и ресурс умягчителей и мембран, т.к. гарантирует дезинфекцию загрузки. Содержание растворенного озона в воде настолько мало, что не представляет опасности для корпусов, узлов и загрузок следующих за озоносорбцией дополнительных систем очистки.

Поэтому проектирование каждой линии водоподготовки должно опираться на максимально подробный анализ воды источника.

Применение озона накладывает ряд технических требований к производству и производственным помещениям. Остановимся на аспектах безопасности при эксплуатации озонового оборудования.

Озонирование — это процесс, требующий определенного состава оборудования. Как правило, это:

— генератор озона, в котором осуществляется выработка озона из воздуха или кислорода;

— оборудование подготовки воздуха (осушители воздуха или концентраторы кислорода);

— система введения озона в воду и его смешения;

— реактор — емкость, в которой за счет перемешивания и выдержки обеспечивается необходимое время контакта озона с водой;

— фильтры различного назначения;

— деструктор озона для разложения остаточного не растворившегося озона;

— приборы контроля озона в воде и воздухе.

Предельно-допустимая концентрация (ПДК) озона в воздухе рабочей зоны регламентируется ГОСТом 12.1.005 «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны», согласно которому она составляет 0,1 мг/ м³ .

Запах озона фиксируется человеком в концентрациях 0,001мг/ м³ , что в десятки раз меньше ПДК, поэтому появление слабого запаха озона в помещении не является тревожным сигналом. Для обеспечения надежного контроля содержания озона в производственном помещении должны быть установлены газоанализаторы, позволяющие осуществлять мониторинг концентрации озона и в случае превышения ПДК принять своевременные меры по ее снижению.

Любая технологическая схема, содержащая озоновое оборудование, должна быть оснащена газоотделителем, с помощью которого избыточный (не растворившийся) озон поступает в каталитический деструктор, где разлагается до кислорода. Т.к. озон является сильнейшим окислителем, все газовые магистрали должны быть выполнены из озоностойких материалов (нержавеющая сталь, ПВХ, полиэтилен и т.п.).

Остановимся на способности озона дезинфицировать и стерилизовать воду.

Практически не известны микроорганизмы, бактерии, споры и вирусы, стойкие к озону. Более высокая окислительная способность озона, по сравнению с хлором, обуславливает различия в дезинфицирующих механизмах этих окислителей. Хлор подавляет и отравляет микроорганизмы. Озон разрушает белок бактерий. В отличие от хлора, эффекта «привыкания» микроорганизмов к озону не может быть по определению, а время инактивации их озоном в 10–30 раз меньше при меньшей дозе. Разрушение вирусов озоном объясняется быстрым окислением сульфидных групп. Например, вирус полиомиелита погибает при концентрации озона 0,45 мг/л через 2 мин, а от хлора — только за 3 ч при 1мг/л.

На споровые формы бактерий озон действует до 600 раз быстрее хлора.

Дозы озона, в зависимости от состава обрабатываемой воды, составляют от 0,5 до5 мг/л, время реакции озоно-воздушной смеси с водой для эффективного окисления примесей — от 1–2 до 10–15 мин.

В отличие от воды, прошедшей УФ-обеззараживание очищенная и подготовленная к розливу вода, насыщаясь озоном, полностью дезинфицируется и на некоторое время сама приобретает дезинфицирующие свойства. Благодаря этому повышается микробиологическая безопасность процесса розлива. Озон надежно стерилизует стенки тары, пробку и воздушный зазор под пробкой. Особенно эффективна комбинированная обработка воды озоном в сочетании с ополаскиванием тары озонированной водой. Срок хранения воды после озонирования практически не ограничен. Тогда как вода, прошедшая УФ-обеззараживание, не имеет бактерицидного эффекта и подвержена при розливе вторичному осеменению. Это особенно хорошо известно тем, кто при расфасовке использует оборотную тару.

Универсальным показателем стерилизации является окислительно-восстановительный потенциал воды. Обычно при значении 700 мВ достигается полная стерилизация воды. Для стерилизации тары необходим более высокий потенциал. Но и при более низких значениях окислительно-восстановительного потенциала достигается существенное сокращение количества микробов. Например, в аквариумных системах хорошие результаты дают величины от 300 до 400 мВ.

Опыт использования озонирования на современном этапе, накопленный на системах разной производительности, говорит то том, что эту технологию можно и нужно применять не только на мощных водопроводных станциях, отвечающих за снабжение водой крупных городов, но и в системах водоподготовки малой и средней производительности. Современное оборудование надежно, безопасно и компактно. Например, НПФ «Озоновые технологии» поставила несколько тысяч Установок озонирования различной производительности и назначения. Только на предприятиях – производителях расфасованных вод в настоящее время работают около сотни Установок озонирования.

Психологическим ограничением применения озонирования являются относительно высокие первичные капитальные затраты на озонаторное оборудование. Однако, последующая эксплуатация показывает исключительную экономичность. Судите сами:

— несомненно, что качество воды при водоподготовке с использованием озонирования будет значительно выше, чем при прочих технологиях.

— эксплуатационные затраты связаны только с потреблением электроэнергии (в среднем 20– 50 Вт час на 1 г озона).

— при использовании озоносорбционной технологии ресурс Установок по активированному углю превосходит все самые смелые прогнозы. Нам известны фирмы-производители бутилированной питьевой воды, где при стабильно хорошем качестве очистки воды активированный уголь не заменяется более 4 лет. Соответственно, нет затрат на угольную загрузку, на работы по ее замене и нет простоя в работе линии розлива.

— при использовании озоносорбционной технологии на стадии предварительной очистки исходной воды значительно продлевается срок службы оборудования по умягчению и осмотических мембран.

Что необходимо знать, что бы выбрать озонаторное оборудование?

Выбираем необходимую производительность по воде (в м³ в час). Одним из первых этапов проектирования является правильное определение необходимой дозы озона при обработке 1 м³ воды. Сделать это можно на основании анализов воды и рекомендаций по требуемым дозам озона для удаления тех или иных загрязнений. Определяемся с производительностью по озону, как правило, измеряемой в граммах озона в час.

Очень важным является способ растворения озона в воде. Наиболее эффективным и безопасным является инжектирование, при котором озоновоздушная смесь высасывается из разрядных элементов озонатора. Подобная система позволяет исключить поступление озона в воздух производственного помещения из подводящих озонопроводов. Кроме этого, необходимо учитывать особенности технологии получения озона, способ охлаждения озонаторов, комплектацию поставляемого оборудования.

В большинстве случаев требуется озонирование воды непосредственно перед расфасовкой, но иногда целесообразно включить озонирование, как дополнительную ступень очистки, в состав действующих сооружений. В этом случае важно определить место озонирования в технологической цепочке, материалы оборудования и трубопроводов.

И, конечно, правильнее поручить разработку технологии с использованием озонирования специалистам, имеющим опыт в этой области.

28.07.2011, 51035 просмотров.