ООО "КОМПЕНС"
Напишите нам: zakaz@kompens.ru
Звоните: +7(499) 938-56-00

Озонирование природных вод

В связи с малой растворимостью озона на процессы предозонирования и обеззара­живания воды влияют не только его доза, но и концентрация озоновоздушной смеси, способ ее распределения в обрабатываемой воде, высота контактного резервуара и вре­мя пребывания воды в нем, содержание органических и минеральных примесей в воде и ее температура.

Влияние присутствия в комплексах техногенных загрязнителей разных типов на эффективность предочистки озонированием весьма мало изучена. С экономической точ­ки зрения ввод озоновоздушной смеси целесообразно осуществлять в предварительно очищенную от органических и минеральных примесей воду.

По литературным данным, расход озона на обесцвечивание воды в зависимости от ее качества может колебаться в весьма широком пределе - от 0,15 до 20 мг/л 03. При­чем для снижения на 100% исходной цветности требуемая доза 03 в 50 раз больше, чем при обеспечении снижения исходной цветности на 50%.

Как показывает опыт эксплуатации водоочистных станций, при использовании озо­нирования воды солевой состав, С02, pH, щелочность практически не изменяются.

Опыт наших исследований показывает, что при озонировании холодных маломут­ных цветных вод обеспечить снижение малых количеств взвеси (до 5-10 мг/л) до норм СанПиН 2.1.4.1074-01 не удается.

Введение озона на начальной стадии обработки, как правило, позволяет уменьшить дозу коагулянта (сульфата алюминия) на 15-25% за счет обесцвечивания и флокулирующего эффекта. Известно воздействие озона на металлы с высоким значением окисли­тельно-восстановительного потенциала (Мn, Fe, Со, Рb и др.). Хлопья их гидроокиси за­держивают впоследствии отстаиванием или фильтрованием. Озон является одним из наиболее активных реагентов-окислителей соединений серы. Для окисления 1 мг соеди­нений серы требуется 0,6-1,4 мг 03.

Зарубежный опыт и исследования, проводимые в России, показывают, что озониро­вание воды с последующим фильтрованием через гранулированные активированные уг­ли обеспечивает эффективную нитрификацию аммонийного азота в щелочной среде. Предозонирование обеспечивает окисление Мn2+ и Мn4+ и насыщение воды растворен­ным кислородом, необходимым для жизнедеятельности нитрифицирующих бактерий в толще угольной загрузки. Однако при средних и больших производительностях станций этот технологический прием должен обосновываться экономически.

Универсальность применения озона заключается не только в эффективной деструк­ции основных техногенных ингредиентов, но и в исключении образования тригалоген- метанов при отказе от первичного хлорирования, высоком обеззараживании и бактери­цидной защите очистных сооружений.

Исследования процессов озонирования воды, содержащей фенолы, показали, что этот ингредиент интенсивно окисляется при дозах озона 2-8 моль 03/моль фенола. При обеспечении озонирования в щелочной среде может быть достигнута высокая эффек­тивность окисления фенола по ХПК - до 80%. Озон окисляет фенолы до веществ, не имеющих запаха и вкуса (углекислый газ, муравьиная и щавелевая кислоты).

Установлено эффективное удаление озоном ПАВ. Дозы назначаются в конкретном случае разные. Так, на стадии первичного озонирования, при концентрации ПАВ до 5-6 мг/л и цветности исходной воды до 103 град достаточная доза озоно воздушной сме­си с концентрацией 6 мг/л составила 2-2,5 мг/л. Эффективность озонирова­ния природных вод, содержащих нефтепродукты, зависит от вида последних и заключа­ется в деструкции и образовании легколетучих компонентов. В ряде случаев озон пре­вращает их в нерастворимые вещества вместе с подложкой, на которой они ранее адсор­бировались.

Выбор дозы озона на стадии предозонирования

Достаточно обширным экспериментальным материалом доказана высокая эффектив­ность озонирования при удалении хлорсодержащих и фосфорсодержащих органических пе­стицидов. Однако режимы озонирования в каждом конкретном случае нужно тщательно обосновывать контрольными анализами на предмет выявления возможного образования кан­церогенных вторичных продуктов. Удельные дозы озона для обработки разных пестицидов колеблются в пределах от 0,5 до 7,5 мг03/мг вещества при pH = 7-12.

Некоторые хлорорганические пестициды не вступают с озоном в реакцию и при до­зах окислителя 20 мг/л. Другие подвергаются деградации, но требуют повышенных доз и более длительного контакта озона с обрабатываемой водой. Продукты реакции неко­торых пестицидов с озоном более токсичны, чем исходные вещества. Так, продукт ре­акции озона с гептахлором является более токсичным, чем сам гептахлор.

Фосфорорганические пестициды могут быть окислены озоном с повышенными до­зами. Так, при содержании в поверхностном водоисточнике фосфорорганических пес­тицидов 0,3 мкг/л удалось снизить их содержание на 80% при дозе озона 1,5 мг/л и вре­мени обработки не менее 12 минут.

Таким образом, применение первичного озонирования цветных маломутных вод, содержащих антропогенные примеси, является эффективным и экономически обосно­ванным. К тому же этот метод является и более экологичным по сравнению с хлориро­ванием.

Особенностью применения предозонирования в данной технологии является его высокая маневренность и гибкость в эксплуатации. В периоды года, когда вода в водо­источниках относительно чистая (Ц < 25 град, М < 10 мг/л), на станциях озон может не использоваться. Технология водообработки в это время заключается лишь в реагентном контактном фильтровании через зернистую среду

Фактор возможного образования вторичных токсичных продуктов озонолиза обу­словливает и режим применения сорбции в новой технологии. В данном случае предпо­чтение следует отдать порошковому углеванию, а не стационарным адсорберам с акти­вированным углем, работающим на скоростях фильтрования до 10 м/ч.

Изучение сотрудниками НИИ ВОДГЕО воздействия окислителей (озон, хлор, кис­лород, марганцовокислый калий) в режиме каталитического и биокаталитического про­цесса на цветные воды открыло явление периодической устойчивости полифенольных соединений к деструктивному окислительному воздействию в зависимости от их моле­кулярной массы. Эти явления подтверждены экспериментальными зависимостями об­щего органического углерода (ООУ) от молекулярной массы органических веществ (к примеру, гуминовых и фульвокислот) и ростом СОУ от продолжительности озониро­вания. Вторым специфическим фактором, который необходимо учитывать при образо­вании предозонирования взамен первичного хлорирования, является уникальность, энергоемкость и большая стоимость озонаторного оборудования. Предозонирование це­лесообразно осуществлять в первую очередь на тех водоисточниках, которые характе­ризуются преобладанием в большую часть года цветных и весьма маломутных вод с низкой температурой воды. В этом случае одно предозонирование без дополнительного применения других реагентов позволит довести качество воды до норм СанПиН 2.1.4.1074-01, если цветность исходной воды не превышает 50-70 град. При большей цветности и мутности до 30 мг/л предозонирование позволит существенно сократить расход коагулянта и флокулянта, а в отдельных случаях - ограничиться лишь одним флокулянтом катионного типа на последующих стадиях водообработки.

Обработка природной воды озоном с целью ее обесцвечивания и обеззаражива­ния - достаточно эффективный и изученный метод. Предполагают, что окисление озо­ном соединений в водных растворах является результатом реакций свободных радика­лов:

ОН - ОН→ Н20 + О,

О + ОН → НО2,

2НО2 → Н2О + О2.

В природных водах Северного и Северо-Западного регионов, характеризующихся повышенной цветностью, последняя обусловлена в основном гуминовыми и фульвокислотами почвенного и торфяного происхождения, как естественного, так и антропогенно­го (например, растительные экстрактивные вещества при лесосплаве) происхождения.

На интенсивность окисления гумусовых веществ озоном в большей степени оказы­вают влияние pH и фракционный состав водного гумуса, в меньшей степени - темпера­тура и ионный состав.

Увеличение в составе воды фульво- и креновых кислот резко ухудшает процесс обесцвечивания. В условиях водоподготовки на станциях реакция озонирования проис­ходит в переходной области (между кинетической и диффузионной). Опыты сотрудни­ков ИКХХВ (г. Киев) показали, что обработка до 70% раствора гуминовых кислот озо­ном не связана с их деструктивным окислением. Это подтверждается тем, что всего лишь 4% углерода переходило в углекислый газ.

Процесс озонирования природных вод - весьма сложный и включает в себя абсорб­цию озона водой с образованием озонного раствора и взаимодействие его с находящими­ся в воде компонентами. Одновременно с этими процессами происходит распад озона.

Обычно баланс используемой озоновоздушной смеси в процессе водоподготовки складывается из расхода на полезное действие (в основном обесцвечивание и обеззара­живание, при отсутствии значительных концентраций ингредиентов антропогенного происхождения) - до 50-80%; потери напора из контактного резервуара - до 10-25%; самопроизвольного разложения озона в воде и в воздухе - до 5-10%; остаточного содер­жания озона в воде после контактного резервуара (или диффузионного напорного аппа­рата) - 1-3%.

Выполненными ранее сотрудниками НИИ ВОДГЕО исследованиями на воде рек Волга, Днепр и Вологда было установлено, что эффективное обесцвечивание этих вод с исходной цветностью от 35 до 150 град происходит при дозах озона от 2,0 до 4,5 мг/л и времени контакта его с водой не менее 10-15 минут 

При озонировании подземных вод в среднем на каждый 1 мг удаляемого железа или марганца расходуется около 1 мг озона. Эффективно использование озона для из­влечения из них синтетических поверхностно-активных веществ (СПАВ), нефтепро­дуктов, фенолов, пестицидов. Опыты разных исследователей показывают, что при нали­чии в воде СПАВ (сульфонол, порошок «Новость») озонированием можно достичь их удаление из воды на 10-40%. Слабое воздействие оказывает озон на удаление из воды нефтепродуктов. Имеются сведения о возможности удаления из воды свинца, кадмия, никеля. Сопоставление озонирования и хлорирования исходной воды по цветности и окисляемости показало преимущество по эффекту очистки первого.

Технологические параметры обесцвечивания природных вод

Эц% - эффект обесвечивания; Ц - цветность в Рl-Со шкалы; Т - температура в С; tk- время кон­такта озоновоздушной смеси с исходной водой; С0 - концентрация озона в озоновоздушной сме­си, мг/; Д0 - доза озона, мг/л.

При одновременном присутствии в воде таких компонентов, как СПАВ, азота ам­монийного и нефтепродуктов, процесс озонирования проходит менее эффективно, так как озон расходуется на окисление всех органических соединений.

Расход озона на окисление СПАВ увеличивается по мере повышения степени их разложения. Для 80%-ного распада расход озона увеличивается до 1,5 мг на 1 мг СПАВ, а 90%-ный распад достигается при расходе озона 2 мг на 1 мг окисленного вещества. Обработка воды, содержащей СПАВ, озоном приводит к возникновению главным обра­зом жирных спиртов, кислот и гидрофильных полифункциональных соединений, явля­ющихся наиболее, вероятно, сульфо- и поликислотами. Чистый сульфонол окисляется более глубоко до С02.

Аммиачный азот под влиянием озона поддается окислению в небольшой степени. Нитриты легко окисляются озоном до нитратов, а нитраты почти остаются без измене­ния (изменяются незначительно).

Процесс озонирования воды, содержащей одновременно СПАВ, гумусовые веще­ства природного происхождения, нефтепродукты, соли тяжелых металлов, фенолы и пе­стициды, по-разному сказывается на качестве очищенной воды. В этом случае необхо­димая доза первичного озонирования возрастает до 6-8 мг/л.

Эффективность обработки цветных холодных вод с первичным озонированием, коагуляцией и осветлительно-сорбционным фильтрованием

№ п/п

Ингредиенты

Ед.

изм.

Концентрация на входе

Концентрация на выходе

Требова­

ния

САНПИН

1

Цветность

°ПКШ

71,7-68,5

7,7-12,8

<20

2

Мутность

мг/л

20-15

0,5-0

<1,5

3

pH

 

7,7-8,1

7,0-8,0

<6,0-9,0

4

Окисляемость

МгД/л

11,6-11,9

8-9,6

<5,0

5

Фенолы

мг/л

0,094

0

<0,001

6

Нефтепродукты

мг/л

1,1-0,64

0,2-0,06

<0,1

7

ПАВ

мг/л

1,7

0,3

<0,5

8

Медь

мг/л

3,8-5,5

0,75-0,15

<2,0

9

Цинк

мг/л

4,8-5,0

2,88

<5,0

10

Кадмий

мг/л

0,176

0,10

<0,003

11

Железо

мг/л

0,54-0,73

0,15

<0,3

12

Марганец

мг/л

0,19

0,03

<0,5

13

Алюминий ост.

мг/л

0,08-1,04

0,04

<0,5

14

Общее микробное число

кл.

160-180

5-10

>100

15

Коли-индекс

шт.

5000-10000

3-4

>3

Технологические параметры процессов

I

Первичное озонирова­ние

Соз = 6,9-7,2 мг/л

Доз= 6,9-8,1 мг/л) 4,56-5,4 мг/л

tk= 8,3-30 мин

II

Коагуляция и флокуля­ция

ДК= 20--40 мг/л

ДПАА=0,4-0,7 мг/л

tсм= 1,5 мин

III

Фильтрование

      Ф 1ст.                                                     Ф II ст.

Vф= 7,2-11 м/ч                                       Vф= 3,6-5,0 м/ч

ФП = 1,02,0 мм                                     ДГ = 0,5—1,5 мг/л

                                                              ДУГ 45-125 мг/л

Повышение глубины растворения и сокращение удельного потребления озона мож­но обеспечить интенсификацией процесса его массопередачи в контактных камерах.

Одним из направлений совершенствования конструкций контактных камер, пред­назначенных для проведения медленных процессов озонирования, является увеличение продолжительности пребывания диспергированной озонсодержащей газовой фазы в контакте с обрабатываемой водой. Это позволяет обеспечить более полный переход озо­на в жидкую фазу и повысить скорости окисления и полноту использования озона. В применяемых контактных камерах барботажного типа период обработки воды озоном определяется расходом воды и объемом, который она занимает в реакторе. В то же вре­мя период контакта диспергированного озонсодержащего газа с обрабатываемой водой равен времени, за которое пузырьки газа всплывают от диспергаторов до поверхности воды, и определяется средней скоростью всплывания и высотой слоя воды. Увеличение периода контакта диспергированной озоновоздушной смеси с обрабатываемой водой в барботажных реакторах обычно обеспечивается: повторным введением озоновоздуш­ной смеси, удержанием газовой фазы противотоком, применением мелкопузырчатых си­стем диспергирования газа и увеличением высоты контактной камеры.

Перспективным направлением совершенствования контактных камер является по­вышение коэффициента использования озона за счет снижения средней скорости всплывания пузырьков диспергированной газовой фазы в реакторе. Это может быть до­стигнуто применением специальных насадок, удерживающих озон, содержащий газ в реакционном объеме контактных аппаратов.

Поскольку за счет адсорбирования газовой фазы происходит увеличение газонаполнения в реакторе при неизменном расходе газа, задержка ее на поверхности насадки эквивалентна уменьшению средней скорости всплывания. Таким образом, при том же расходе озоновоздушной смеси увеличивается период контакта озона с водой.

В качестве такой объемной насадки могут применяться многослойные модули, вы­полненные из полимерных или металлических сеток. Подбор материала насадки и спо­собов диспергирования газовой фазы позволяет получать объем адсорбированного газа и требуемую продолжительность контакта в достаточно широких пределах. Удельное количество динамически адсорбированного газа может достигать 100 дм33 насадки. Время пребывания пузырьков газа в толще насадки до момента отрыва составляет в среднем 40-70 с.

Величина порового пространства более 0,99 снижает эффективность адсорбции пу­зырьков газа на поверхности материала насадки. Размеры прозоров насадки должны быть в пределах от 5 до 10 диаметров пузырьков газа.

Скорость движения жидкости через модуль адсорбирующей объемной насадки мо­жет достигать 55 м/ч, не оказывая существенного влияния на процесс адсорбции пузырь­ков газовой фазы. Оптимальная высота модулей объемной насадки зависит от характери­стик материала насадки и среднего диаметра пузырьков диспергированного газа.

Если нижний модуль выполнить из материала с большим значением порового про­странства, то он будет выполнять функцию распределительного устройства, создающе­го равномерный поток жидкости и диспергированного газа в поперечном сечении кон­тактной камеры.

При работе контактного аппарата в прямоточном режиме в качестве устройства дис­пергирования озоновоздушной смеси целесообразно применять эжекторы. В случае об­работки сточных вод, содержащих грубодисперсные примеси и волокна, способные за­бивать насадку, необходимо проводить предварительную механическую очистку воды.

Сравнительные испытания барботажных камер озонирования с адсорбирующей насадкой и без нее показали, что применение насадки дает положительный эффект как по степени очистки воды, так и по полноте использования подаваемой озоновоздушной смеси.

Вернуться к списку

ПОСЛЕДНИЕ СТАТЬИ

Искрогаситель ИГС-55
Искрогаситель ИГС-115
Искрогаситель ИГС-45 
Искрогаситель ИГС-120
Искрогаситель ИГС-65
Искрогаситель ИГС-130
Искрогаситель ИГС-80
Искрогасители на дымоход
Сильфонный компенсатор ГОСТ
Уровнемеры для резервуаров
Уровнемеры для емкостей
Подбор сильфонных компенсаторов
Установка сильфонных компенсаторов
Предварительная растяжка сильфонных компенсаторов
Производство сильфонных компенсаторов