Озонирование в технологии водоподготовки
В связи с возрастающими потребностями в чистой питьевой воде процесс озонирования занимает все большее место в технологических схемах водоподготовки.
Озонирование воды применяют как альтернативный метод ее очистки взамен традиционного хлорирования, в сочетании с хлором, перекисью водорода и другими окислителями, вместе с УФ-облучением, обработкой ультразвуком, фильтрацией с использованием песка, активированного угля, ионообменных смол.
Наиболее традиционным является использование озона в конце технологической схемы водоподготовки. Для эффективного обеззараживания при этом необходимо создать концентрацию озона 0,4 - 1 мг/л и поддерживать ее в течение 4 мин. С открытием флокулирующего эффекта озон стали использовать для предварительной обработки воды с целью перевода растворенных веществ в коллоидную форму с последующим осаждением на фильтрах.
Многофункциональность озона используется на водопроводных станциях, главным образом в Германии и Франции, где применяют двух- или трехстадийную обработку озоном. Предварительное озонирование предпочтительнее, чем хлорирование, так как озон служит как осаждающее средство и флокулянт, он осаждает тяжелые металлы и разлагает значительную часть органических примесей, и позволяет избежать образования токсичных хлоруглеводородов. Типичная концентрация озона на этой стадии обработки воды 0,4 г/м3, экспозиция 5 мин. Последующая адсорбция на активированном угле хорошо удаляет окисленную органику. Для заключительной дезинфекции воды достаточно использовать низкие дозы озона менее 0,1 мг/л, так как озон чрезвычайно сильное дезинфицирующее средство.
Промышленные установки озонирования воды обычно состоят из генераторов озона и узлов смешения озоновоздушной смеси с обрабатываемой водой.
В качестве генераторов озона используются устройства с барьерным электрическим разрядом и электролитические озонаторы. Промышленные озонаторы выпускают различных типов: небольшой производительности - 40 - 500 г/ч для малых водоочистительных установок, более высокой производительности от 1 до 30 кг озона в час. Работают эти озонаторы на промышленной частоте 50 Гц и на повышенных частотах - 650 - 4000 Гц. Такое разнообразие обусловливает конструктивные различия в габаритах, эксплуатационных и техникоэкономических показателях. Озонаторное оборудование отличается высокой энергоемкостью, кроме того узким местом процесса является аппаратурное оформление узла смешения озона с водой из-за большой разницы в удельных массах и высокого поверхностного натяжения воды. В связи с этим, необходимы новые более экономичные и эффективные инженерные решения, попытки таких водоподготовительных решений предпринимаются авторами большого количества публикаций, которые появились в последнее время. Авторы указанных работ предлагают различные конструкции генераторов озона, синтезирующих его из кислорода и воздуха. В качестве материалов для диэлектрических барьеров в генераторах озона предлагают использовать кварц, стекло, стеклоэмали, металлы с эмалевым покрытием.
Обосновываются преимущества высокочастотных генераторов над низкочастотными: использование высокочастотных генераторов позволяет уменьшить их габариты, соответственно снизить расход металла и уменьшить требуемые производственные площади для системы водоподготовки.
В большинстве предлагаемых конструкций генераторов озона разрядные элементы выполнены в виде цилиндрических коаксиально расположенных электродов. Эффективность очистки воды озоном увеличивается, когда в технологическую схему водоподготовки включены различные фильтры, особенно хорошо себя зарекомендовали фильтры с гранулированным активированным углем.
Мировой опыт озонирования в технологических схемах водоподготовки и исследования показали, что озон обладает высоким бактерицидным действием, глубоко окисляет многие органические вещества, в том числе, пестициды, фенолы, полициклические ароматические углеводороды, быстро окисляет железо и марганец, снижает цветность воды, улучшает вкус и запах.
Стадия озонирования может быть легко включена в существующие технологические схемы водоподготовки, не требует дорогостоящего химического сырья и является экологически чистой.
Многофункциональность озона (дезинфектант, окислитель и другие функции) используется на ряде водопроводных станций, главным образом во Франции и Германии. Вместе с тем, озонирование не лишено недостатков. Главным из них является нестабильность озона в водопроводной сети, при рН 7,6 и 20°С он разлагается менее, чем за 1 час. Поэтому обычно требуется дополнительная дезинфекция воды, так как в воде начинается повторный рост микроорганизмов. Дополнительная дезинфекция осуществляется обычно хлорированием. Только при небольшой протяженности водопроводной сети и при низких температурах можно обойтись без дополнительной дезинфекции.
Озонаторное оборудование является чрезвычайно энергоемким, а это создает проблемы для повсеместного внедрения озонирования в схемах водоподготовки на территории России.
При разработке оптимальных технологических процессов с использованием различных методов водоподготовки необходимо учитывать конкретный состав примесей в природных водах данной местности, энергообеспеченность и целый ряд других факторов.
