Озонирование, обеззараживание воды озоном

Озонирование является самым перспективным методом окисления железа. Озон О3 - самый сильный окислитель, уничтожает споры, вирусы и бактерии. Если сравнивать с хлором, озон более эффективен в окислении детергентов,  гербицидов, пестицидов, фенолов и других окисляемых хим. соединений. Так-же идет процесс окисления 2-хвалентных элементов железа и марганца, происходит обесцвечивание воды, дезодорация и улучшение органических свойств.

Для получения озона используют озонаторы, устройства получающие озон прямо из воздуха. При прохождении кратковременного разряда электротока через воздух, из кислорода, содержащегося в воздухе, образуется озон.

По следующему выражению можно определить дозу озона на окисление двухвалентного железа:

Доз = 0,14 * [Fe2+], мг/л (12)

[Fe2+] - концентрация двухвалентного железа в исходной воде, мг/л.

В зависимости от задач, требуется разная концентрация озона.  1-3 мг/л - для обеззараживания фильтрованной воды, 0,75 -1 мг/л – для подземных вод. Для окисления железа и обесцвечивания и обеззараживания концентрация озона может доходить до 4 мг/л.

Подача озоно-воздушной смеси в камеры смешивания происходит с помощью эжекторов или сети уложенных пористых труб.

Уровень остаточного озона после камер смешивания должен быть в пределах 0,1-0,3 мг/л. В зависимости от состава воды, конструкции смесителя и температуры, продолжительность смешивания озона должна составлять 5-20 минут.

Озон является высокотоксичным и может поражать органы дыхания. Максимально-допустимая концентрация озона в воздухе рабочей зоны не должна превышать составляет 0,1 мг/м3.

На сегодняшний день метод озонирования имеет большие перспективы, хотя процесс характеризуется сравнительно большим расходом электроэнергии.

• Очистка воды от железа, марганца, сероводорода, в т.ч. их бактериальных и органических форм
• Удаление токсичных примесей – нефтепродуктов,моющих средств, пестицидов, фенолов
• Улучшение органолептических свойств воды – деструкция запахов, улучшение вкуса, снижение цветности.
• Обеззараживание при подготовке воды из источников, подверженных значительному риску микробиологического загрязнения (как правило, поверхностных)
• Финишное озонирование на линиях по производству бутилированной воды.

Преимущества озона перед хим. реагентами:

• Озон производится непосредственно на месте применения и не требует транспортировки, хранения и приготовления рабочих растворов
• Объем реагентного хозяйства значительно сокращается, в отдельных случаях химикаты из технологического процесса можно исключить
• Экологически безопасная технология, не оставляющая в воде токсичных веществ и наносящая вреда окружающей среде.

Окислительный потенциал у озона самый высокий из всех применяемых в водоподготовке окислителей:

1. Озон - 2.07 В
2. Пнроксид водорода - 1.78 В
3. Перманганат катия - 1.70 В
4. Хлорноватистая кислота - 1.49 В

Механизм обеззараживающего действия озона - инактивации:

1. : Окисление клеточной мембраны – цитоплазмы – нарушение её целостности
2. Проникновение озона внутрь клетки и окисление содержимого
3. Механическое разрушение клетки

Продолжительность процесса инактивации:

Критерий обеззараживания воды озоном исходя из требуемой степени инактивации.

Степень инактивации выражается десятичным логарифмом и обозначает порядок, на который сокращается количество микроорганизмов в результате обеззараживающей обработки.

Пример:

• инактивация на 2 порядка, т.е. на 99% - из 1000 микроорганизмов гарантированно уничтожается 990;
• на 3 порядка, т.е. на 99,9% - из 1000 микроорганизмов гарантированно уничтожается 999.

СТ- критерий обеззараживания

для обеспечения заданной степени инактивации: СТ = С * Т, мг/л * мин,

где С – концентрация озона в воде, мг/л

Т – время контакта воды с озоном, мин

Влияние различных факторов на эффективность обеззараживания воды озоном

рН – косвенно, с ростом рН растет скорость самораспада озона

t˚C – эффективность озона выше в более теплой воде, однако растворимость озона падает с ростом температуры воды

Взвешенные вещества – косвенно, на поверхности взвешенных частиц ускоряется процесс разложения озона.

Стойкость микроорганизмов к воздействию озона по СТ-критерию (по данным EPA, США)

Общепринятая практика в системах питьевого водоснабжения:

С = 0,4 мг/л

Т = 4 мин

СТ = 1,6 мг/л х мин

В случае, сильного или специфического бактериального загрязнения водоисточника настоятельно рекомендуются пилотные испытания.

Расчет дозировки озона для достижения требуемого СТ- критерия

Очистка воды и хим. потребность воды в озоне

Точное определение хим. потребности возможно путем пробного озонирования образцов реальной воды на пилотной установке.

Доза озона и производительность генератора

D = k * C0 , мг/л (г/м³),

где D – доза обработки воды озоном

k – безразмерный коэффициент, учитывающий эффективность переноса озона из газовой фазы в раствор и конструктивный запас

C0 – требуемая начальная концентрация озона на входе контактного аппарата, мг/л

Производительность генератора по озону:

qo3 = D * Q , г/ч,

где Q – расход воды, м³/ч

Пример:

Определить производительность генератора для обеззараживания воды по критерию СТ = 1,6 мг/л х мин (0,4 мг/л х 4 мин), если вода подается с расходом 3 м³/ч, а входе пилотных испытаний выяснено, что концентрация озона в рассматриваемой воде за 4 мин падает в 1,5 раза. Коэффициент, учитывающий эффективность массопереноса и конструктивный запас равен 2.

1. Определяем начальную концентрацию озона на входе контактного аппарата: 0, 4 х 1,5 = 0,6 мг/л

2. Определяем дозу обработки воды озоном: 0,6 х 2 = 1,2 мг/л (г/м³)

3. Определяем производительность генератора по озону: 1,2 х 3 = 3,6 г/ч

Рассматриваем модельный ряд генераторов и выбираем ближайший по производительности в большую сторону.

Очистка воды озоном

• удаление железа, марганца, сероводорода из подземных вод
• очистка поверхностных вод от антропогенных примесей – фенолов, пестицидов, нефтепродуктов, ПАВ
• дезодорация поверхностных вод, снижение цветности

Расчет генератора озона, определение гидравлической схемы подмеса озона и объема контактного аппарата производится исходя из химической потребности воды в озоне и характера окисляемых примесей

Доза озона и производительность генератора

D = k * Cхим , мг/л (г/м³),

где D – доза обработки воды озоном;

k – безразмерный коэффициент, учитывающий эффективность переноса озона из газовой фазы в раствор, влияние неблагоприятных факторов и конструктивный запас;

Cхим – химическая потребность воды в озоне или количество примесей, окисляемых озоном, выраженное в эквивалентном количестве озона, требуемого для их окисления, мг/л.

Производительность генератора по озону:

qo3 = D x Q , г/ч,

где Q – расход воды, м³/ч

Химическая потребность воды в озоне (для предварительных расчетов)
При обезжелезивании подземных вод:

Для поверхностных вод:

1 мг озона для снижения цветности на 8 – 10 град

2-3 мг – нефтепродукты и ПАВ

1-2 мг – фенолы

1,5 – 2 мг/л – для улучшения условий коагуляции на этапе осветления воды

2 – 3 мг/л – для удаления запахов и улучшения вкусовых качеств

Пилотные испытания настоятельно рекомендуются.

Технологическая схема удаления железа и марганца с предварительным озонированием