Состояние биосферы озонирование сточных вод

    В качестве фильтрующих материалов применяют  ткани, войлоки, бумагу, сетки, набивки  волокон, металлическую стружку, фарфоровые или металлические полые кольца, пористую керамику или пористые металлы.

Рис.17. Двухзонные электрофильтры ФЭ и РИОН:

1 и 2 - положительные и отрицательные  электроды соответственно;

3, 4 - осадительные  электроды.  

    3. Интерес к применению озона при подготовке питьевой воды объясняется тем, что озон как сильнейший окислитель имеет ряд преимуществ перед другими реагентами. Озонирование не только обеспечивает быстрое и надёжное обеззараживание, но вызывает и весьма значительное улучшение органолептических свойств воды, т.к. в результате обработки озоном устраняются привкусы и запахи, цветность воды. Кроме того, возрастает содержание растворённого кислорода, что возвращает очищенной воде одно из основных свойств, характеризующих чистые природные источники.

    В некоторых случаях озонирование может быть использовано с главной  целью - устранения неприятных привкусов  и запахов воды загрязнённых поверхностных  источников, которые иногда приходится применять для хозяйственно-питьевого  потребления. Воды незагрязнённые, но имеющие значительную цветность, могут быть обесцвечены с помощью озона, действие которого в этом отношении является весьма эффективным.

    Озонирование  также позволяет удалять из воды железо и марганец в тех случаях, когда деферризация и детонганация с помощью общеизвестных  методов не дают достаточно удовлетворительных результатов.

    Наконец, озонирование является почти незаменимым  способом обеззараживания минеральных  вод («Нарзан», «Боржоми» и т.д.), а  также при производстве фруктовых вод (например, лимонада).

    Бактерецидное действие озона.

    С гигиеничной точки зрения метод  озонирования воды имеет существенные преимущества благодаря высокому окислительно-восстановительному потенциалу бактерицидного действия.

    Доза  озона, необходимая для обеззараживания воды, варьируется в зависимости от содержания в воде органических веществ, от температуры воды и от величины активной реакции воды (рН).

    При изучении влияния активной реакции  воды на обеззараживающее действие озона  было установлено, что увеличение рН более 7,1 сопровождалось значительным уменьшением коэффициента использования озона водой.

    Продолжительность контакта озоно-воздушной смеси  с обрабатываемой водой колеблется от 5 до 15 минут сообразно с типами установок и их производительностью, (при повышении температуры время контакта увеличивается).

    Хлор  и озон на бактерии влияют не одинаково. При увеличении интенсивности хлорирования происходит прогрессивное отмирание  бактерий. Между тем, при озонировании обнаруживается внезапное бактерицидное действие озона, соответствующее определённой критической дозе, равной 0,4-0,5 мг/л. Для меньших доз озона его бактерицидность незначительна, но и как только достигается критическая доза, отмирание бактерий становится сразу резким и полным. Последние исследования механизма озонирования показали, что действие его происходит быстро при условии поддержания нужной концентрации в течение определённого времени. Это действие обусловлено озонированием массы бактериальных протеинов в процессе каталитического окисления. Между тем, хлор производит только выборочное отравление жизненных центров бактерий, причём довольно медленное из-за необходимости длительного времени для диффузии в цитоплазме.

    На  обеззараживающее действие озона влияет цветность воды, так озонирование неосветлённой воды неэкономично и неэффективно, так как большие количества озона расходуются на окисление веществ, которые могут быть задержаны обычными очистными сооружениями. Обработка воды озоном целесообразна только после её осветления, а так же фильтрования (доза озона уменьшается в 2-2,5 раза, чем для нефильтрованной воды).

    Исследования  показали, что из бактерий, кишечная палочка оказалась наиболее устойчивой к действию окислителей из всей группы кишечных бактерий, быстро погибает при  озонировании.  Также эффективно использование озонирования в борьбе с возбудителями брюшного тифа и бактериальной дизентерии.

    Действия  озона на споры, цисты  и другие патогенные микробы.

    Озон  обладает высокой эффективностью в  уничтожении спор, цист и многих других патогенных микробов. Исследования показали, что действие озона на указанные организмы является всегда наиболее быстрым и результативным. В частности споры уничтожаются в воде озоном в 3000 раз быстрее, чем хлором.

    Опыты показали, что озон обладает высоким  спорицидным эффектом. Озон пропускали в течение определённого времени через воду дистиллированную, водопроводную, колодезную, речную и прудовую, заражённую спорами антропоида. Полное обеззараживание загрязнённых естественных вод, содержащих до 10000 спор антропоида в 1 мл, достигалось после пропуска озона через воду в течение 1 часа. Также была установлена прямая зависимость величины озонопоглощаемости воды от степени её загрязнения, чем чище вода, тем меньше озонопоглощаемость. Уничтожение спор озонированием происходит значительно быстрее, чем при хлорировании.

    Воздействие озона на вирусы.Озон оказывает резко выраженное, быстрое и радикальное воздействие на многие вирусы. Механизм этого явления объясняется полным окислением вирусной материи.

    По  данным исследованиям известно, что возбудители полиомиелита уничтожаются озоном за 2 минуты при концентрации 0,45 мг/л, тогда как при хлорировании дозой 1 мг/л для этого потребуется 3 часа.

Универсальный характер дейстия  озона.

    Изложенное  выше показывает, что озонирование представляет собой единственный современный метод обработки воды, который действительно универсален, поскольку он проявляет своё действие одновременно в бактериологическом, физическом и органолептическом отношении.

    С бактериологической точки зрения весьма существенно, что все микробы - патогенные и сапрофитные, встречающиеся в воде, уничтожаются озоном, при этом их оживление совершенно исключено. Озон обладает высоким спорицидным эффектом, который находится в прямой зависимости от количества озона, пропущенного через воду, и в обратной зависимости от органического загрязнения воды.

    Исследования  учёных установили преимущества озона  для нейтрализации вируса полиомиелита по сравнению с обычными средствами обеззараживания (хлором, двуокисью  хлора), а также цист и сопутствующих бактерий. Благодаря значительному уменьшению содержания органических веществ в озонированной воде, последняя становится менее подверженной последующим загрязнениям.

    С физической точки зрения вода после  озонирования претерпевает значительные качественные изменения. В достаточно большом слое вода приобретает красивую голубоватую окраску, свойственную родниковой воде. При озонировании вода хорошо аэрируется, что делает её более усваиваемой и приятной для питьевого потребления..

    С органолептической точки зрения в озонированной воде не только не возникает каких-либо привкусов и запахов (что неизбежно при хлорировании), но, наоборот, устраняются всякие следы привкуса и запаха, ранее существовавшие в обрабатываемой воде.

    С химической точки зрения минеральные вещества, растворённые в воде и определяющие в некоторой мере и питательные свойства, не изменяются после озонирования. В то же время, обработка озоном не придаёт воде никаких дополнительных посторонних веществ и химических соединений.

    Традиционные методы очистки не устраняют значительного содержания микрозагрязнений, ухудшающих качество конечного продукта – питьевой воды. Даже адсорбция активированным углём не обеспечивает необходимой эффективности очистки. Активированный уголь хотя и даёт удовлетворительное решение для устранения пестицидов и углеводородов, но не может конкурировать с озоном для очистки воды от фенолов, детергентов и веществ, экстрагируемых хлороформом, в число которых в основном входят углеводороды. Кроме того, метод углевания имеет  высокую стоимость, так как требует больших расходов дорогостоящего активированного угля.

Принципиальная  технологическая  схема озонирования.

    Озон, получаемый на производственных установках, является нестойким газом, значительно  разбавленным воздухом.  С практической точки зрения концентрировать, хранить и транспортировать такой газ представляется неэкономичным, даже, учитывая свойственную озону взрывчатость. Поэтому полученный озон должен сразу же расходоваться. Наиболее экономичный метод массового производства озона заключается в пропуске воздуха или кислорода через электрический разряд высокого напряжения в генераторе озона или так называемом озонаторе. Сырьём для производства озона могут служить атмосферный или обогащённый кислородом воздух или чистый кислород. Теоретическая теплота для образования озона выражается величиной 139, 4 кДж/моль. При потреблении воздуха на производство озона расход энергии в 2 раза больше. Эта энергия необходима для ионизации молекул кислорода.

    Готовой продукцией является озонированный воздух, содержащий до 5% озона (по весу) или озонированный кислород с содержанием до 10% озона (по весу). Однако, хотя получение таких концентраций и возможно, но обычно не оправдывается с экономичной точки зрения. При самом небольшом указанных пределов выход озона падает до нуля. Это объясняется тем, что в результате электрического разряда не только получается озон по уравнению 3О₂ ® 2О₃, но может происходить и разрушение озона по уравнению 2О₃ ® 3О₂. При этом скорость обратной реакции будет возрастать пропорционально увеличению концентрации озона. Как правило, на установках для обеззараживания питьевой воды через тихий электрический разряд пропускается кислород, который содержится в свободном состоянии в атмосферном воздухе. Следовательно, в этих случаях сырьё является «даровым». Практически для производства озона из кислорода требуется энергия, равная 1300 кДж/моль, при этом 90% её рассеивается на тепловыделение. По этой причине наибольшие концентрации озона в озоно – воздушной смеси при температуре 25⁰С не превышают 20-25 мг/л, т.е. 1,02 –1,22 % к объёму воздуха или 1,7 – 2,1 % к его весу.

    При некоторых процессах промышленного  химического окисления, требующих  больших количеств озона высокой  концентрации, пользуются чистым кислородом, получаемым с помощью сжижения воздуха или электролиза воды. Приведённые выше характерные особенности промышленного производства озона требуют объединения в одной установке устройств: для получения озона из воздуха; для кондиционирования используемого воздуха; для смешивания озона с обеззараживаемой водой.

    Отсюда  вытекает принципиальная схема современной  озонирующей установки, действующей  следующим образом.

    Атмосферный воздух пропускают через фильтр 1 для очистки от пыли, после чего водокольцевой воздуходувкой 2 через влагоотделитель (ресивер) 3 нагнетают на охлаждающие устройства. В состав их входят: теплообменник с конденсатороотводником  и фреоновая холодильная установка, состоящая из испарительно – регулирующего агрегата, компрессорно – конденсаторного агрегата и бака для рассола  с циркуляционным насосом. Охлаждённый и частично осушенный воздух поступает в блок осушки, состоящий из адсорберов  и воздухонагревателя, и, пройдя через пылевые фильтры, направляется в генераторы озона. Озон получают под действием так называемого «тихого» электрического разряда, но не в  чистом виде, а в смеси с воздухом. Концентрация озона в воздухе колеблется для озонаторов различных типов от 4 до 20 г/м³ (т.е. от 0,3 до 1,43% по весу). 

Так как  тихий электрический разряд сопровождается тепловыделением, предусматривается водяное охлаждение электродов озонатора. Подача напряжения на озонатор производится от повышающего трансформатора с помощью высоковольтного кабеля.

    Заключительной  операцией технологического процесса является обеспечение соприкосновения озона и воды, т.е. быстрое и полное смешивание больших количеств воды с озонированным воздухом в специальной контактной камере. Озонированный воздух вводят в воду в один или два этапа. Поэтому возможно устройство раздельных контактных камер, из которых одна служит для первичного озонирования, а другая - для вторичного озонирования .

    Диффузия  озона в виде мельчайших пузырьков  в толщу воды осуществляется с  помощью эмульгатора, либо через сеть дырчатых трубок, размещённых у основания контактной камеры.

    В этом случае вода по трубке  поступает  в камеру сверху и встречается  в противотоке с озоно –  воздушной смесью, поступающей снизу  вверх по трубе . После вторичного озонирования обеззараженная вода направляется в резервуар чистой воды по трубе  .