Меню Рубрики

Установки для озонирования сточных вод

Строй-справка.ру

Отопление, водоснабжение, канализация

Навигация:
Главная → Все категории → Очистка сточных вод

Озонирование является универсальным методом, позволяющим эффективно очищать сточные воды от самых разных видов загрязнений.

При нормальных температурах и давлении озон представляет собой газ бледно-фиолетового цвета. Молекула озона включает три атома кислорода, которые структурно образуют равнобедренный треугольник с углом в вершине, равным 116°49’.

При разложении озона высвобождается значительное количество тепла, что может явиться причиной взрыва (нижний предел взрываемости озоно-воздушной смеси в объемных единицах равен 5%).

По сравнению с другими окислителями, например хлором, озон имеет ряд преимуществ. Благодаря высокой окислительной способности, он применяется как для обеззараживания, так и для деструкции трудно-окисляемых органических загрязнений. Этот тип загрязнений представлен в сточных водах многочисленными классами красителей, поверхностно-активных веществ, пестицидов и др. Кроме этого озонирование эффективно для окисления многих неорганических соединений, таких как цианиды, хроматы и др. Дополнительным эффектом озонирования воды является ее обогащение растворенным кислородом.
Озон можно получать непосредственно на очистных установках, причем сырьем служит технический кислород или атмосферный воздух.

Перспективность применения озонирования как деструктивного метода обусловлена также тем, что оно не приводит к увеличению солевого состава очищаемых сточных вод, мало загрязняет воду продуктами реакции, а сам процесс легко поддается полной автоматизации.

В процессе обработки сточных вод озон, подаваемый в камеру реакции в виде озоно-кислородной или озоно-воздушной смеси, вступает в сложный многостадийный процесс физико-химических взаимодействий с водой и содержащимися в ней загрязнениями.

Первоначально взаимодействие озона с водной средой обусловлено процессами диффузионной и турбулентной массопередачи на границе раздела фаз “газ-жидкость”, образованной всплывающими газовыми пузырьками. В результате этого одна часть молекул газа оказывается адсорбированной на внешней поверхности пузырьков, другая – растворенной в воде.

В дальнейшем действие озона сопровождается химическими взаимодействиями с загрязнениями, которые условно можно представить четырьмя основными типами: прямое окисление, окисление радикалами, озо-нолиз, озонокатализ.

Реакции прямого окисления веществ озоном описываются окислительно-восстановительными уравнениями, результатом которых с учетом полноты завершения процесса могут быть вещества с большей положительной валентностью или окислы веществ.

Окисление смеси органических веществ озоном в соответствии со скоростью реакций происходит в следующей последовательности: олефины —> амины —»фенолы —» полициклические ароматические углеводороды —> спирты -» альдегиды —» парафины.

Непрямое окисление осуществляется большим числом активных радикалов, например ОН’, образующихся в результате саморазложения озона в воде. Скорость непрямого окисления прямо пропорциональна количеству разложившегося озона и обратно пропорциональна концентрации присутствующих в воде загрязнителей. Некоторые вещества подвергаются лишь прямому окислению, другие, как органические кислоты с малой молекулярной массой, — окислению радикалами. Окисление может осуществляться также совместным или последовательным воздействием прямого окисления и окисления радикалами.

Озонолиз представляет собой процесс закрепления озона на двойной или тройной углеводородной связи с последующим ее разрывом и образованием озонидов, которые так же, как озон, являются нестойкими соединениями и быстро разлагаются.

Каталитическое действие озона (озонокатализ) заключается в усилении им окисляющей способности кислорода, который присутствует в озонируемом воздухе.

Расход озона на разрушение загрязняющих сточные воды веществ зависит от многих факторов: рН водной среды, температуры, концентрации загрязнений, способа смешения и продолжительности контакта озоно-воздушной смеси с водой.

Для интенсификации процессов озонирования применяют гомогенные и гетерогенные катализаторы, которые увеличивают скорости реакций окисления озоном. Существенная интенсификация очистки сточных вод достигается при совместном применении озона и ультразвука или озона и ультрафиолетового излучения.

Технологические схемы применения озона. Выбор технологической схемы озонирования зависит от многих факторов: состава и количества обрабатываемой сточной воды, дозы озона, скорости взаимодействия озона с окисляемыми примесями и др. Принимая во внимание высокую стоимость получения озона, его токсичность и пожароопасность, важным показателем эффективности работы установок озонирования воды является коэффициент использования озона. Поэтому при разработке технологии применения озона, наряду с его высокой реакционной способностью, следует учитывать и необходимость максимально полного использования непосредственно в контакте со сточной водой.

В процессах очистки воды от веществ, реагирующих с озоном медленно, для достижения требуемой глубины удаления загрязнений и повышения коэффициента использования озона рекомендуется применять двухступенчатые противоточ-ные схемы. В реакторе первой ступени производится предварительное озонирование частично отработанной озоно-воздушной смесью, с концентрацией озона до 5 мг/л. Во второй ступени происходит окончательное окисление примесей свежей озоно-воздушной смесью.

Двухступенчатая схема с делением потока предусматривает устройство двух реакторов. В первый реактор подается 80% общего количества сточных вод, а остальная часть – во второй. Озоно-воздушная смесь последовательно проходит через первый, а затем через второй реакторы. Двухступенчатые схемы позволяют практически полностью использовать подаваемый озон, а его концентрация в отходящих газах не превышает 0,01% по массе.

Оборудование для озонирования сточных вод. Принципиальная технологическая схема озонирования сточных вод состоит из двух основных блоков – получения озона и очистки сточных вод.

Читайте также:  Установка java centos из репозитория

Блок получения озона (рис. 13.9) включает четыре ступени: забор и охлаждение воздуха; осушка воздуха; фильтрование воздуха; генерация озона.

Рис. 13.9. Схема установки получения озона:
1 – компрессор; 2 – ресивер; 3 – охладитель воздуха; 4 – сушилка; 5 – генератор озона; 6 – трансформатор; 7 – электрический щит; 8 – подача озоно-воздушной смеси; 9, 10- подача и отведение охлаждающей воды

Атмосферный воздух через воздухозаборную шахту подается на фильтр, где очищается от пыли, после чего воздуходувками подается на водоотделитель капельной влаги, а затем на автоматические установки для сушки воздуха, загруженные активным глиноземом.

Осушенный воздух поступает в автоматические блоки фильтров, в которых осуществляется тонкая очистка воздуха от пыли. Из фильтров осушенный и очищенный воздух подается в генераторы озона.

Озон может быть получен различными методами: с помощью химических реакций, в результате воздействия ионизирующего облучения, высокочастотного электрического поля или коронного (тихого) электрического разряда на атомы кислорода.

В промышленных условиях озон получают пропусканием потока воздуха или кислорода между двумя электродами, к которым приложена разность потенциалов 5-25 кВ. Чтобы избежать образования электрической дуги, один (а иногда оба) электрода покрывают слоем диэлектрика одинаковой толщины (диэлектрическим барьером), образующим эквипотенциальную поверхность. В такой разрядной системе образуется тлеющий коронный разряд. Этот способ получения озона является наиболее выгодным с энергетической точки зрения. Затраты электроэнергии на получение 1 кг озона из кислорода составляют 14-20 кВт-ч и из воздуха – 27-35 кВт-ч.

В конструкциях озонаторов используют трубчатые электроды из стекла, внутренняя поверхность которых покрыта металлической амальгамой. Ее слой является электродом высокого напряжения, а само стекло диэлектрическим барьером. Обычно озонаторы выполняют в виде цилиндрических сосудов, в которых располагается несколько десятков параллельно работающих трубчатых озонирующих элементов, состоящих из двух концентрически расположенных стеклянных трубчатых электродов. Воздух движется вдоль оси озонирующих элементов в кольцевом пространстве.

Производительность озонатора и расход электроэнергии на получение озона в значительной степени зависят от влагосодержания поступающего в него воздуха, температуры, концентрации кислорода, а также от его конструкции и давления озоно-воздушной смеси, подаваемой в контактную камеру.

В обрабатываемую сточную воду озон вводят различными способами: барботированием содержащего озон воздуха через слой воды; проти-воточной абсорбцией озона водой в абсорберах с различными насадками (кольца Рашига, хордовая насадка и др.); смешиванием воды с озоно-воздушной смесью в эжекторах или в специальных роторных механических смесителях.

Выбор типа контактного аппарата определяется расходами обрабатываемой воды и озоно-воздушной смеси, достаточным периодом контакта воды с озоном и скоростью химических реакций.

Основные типы контактных аппаратов для обработки воды показаны на рис. 13.10. Двухсекционная барботажная контактная камера (рис. 13.10, а) наиболее распространена и применяется как для обеззараживания сточных вод, так и для их глубокой очистки. Озоно-воздушная смесь распыляется фильтросными элементами, которые изготавливаются в виде плоских пластин, труб и разных типов диффузоров, из пористых материалов на основе керамики, металлокерамики и пластмасс. Обычно применяют материалы с размером пор от 50 до 100 мкм, так как более мелкие обладают значительным динамическим сопротивлением и быстро забиваются, а более крупные не обеспечивают достаточную дисперсность газовой фазы.

Движение обрабатываемой сточной воды и озоно-воздушной смеси в контактной камере по встречным направлениям обеспечивает большую эффективность озонирования. Барботажные контактные камеры могут быть одно- и многоступенчатыми.

На рис. 13.10, б дан пример контактной камеры с инжекцией озоно-воздушной смеси сточной водой, подаваемой под давлением. Водо-газовая эмульсия вводится инжектором у дна контактного аппарата, откуда поднимается вместе с обрабатываемой водой. Такие установки применяются, как правило, для обработки сточных вод, содержащих легко окисляемые примеси, при малом времени контакта воды с озоном, и для утилизации не полностью прореагировавшего озона в отработанном газе.

Рис. 13.10. Контактные камеры:
а – двухсекционная барботажная; б – камера, оборудованная инжектором; в – камера, оборудованная импеллером; 1,3- подача сточных вод и отведение очищенной воды; 2 – подача озоно-воздушной смеси; 4 – выпуск отработанной озоно-воздушной смеси; 5 – инжектор; 6 – импеллерное устройство

Контактные камеры, оборудованные механическим смесителем-импеллером (рис. 13.10, в), применяются, для небольших расходов воды. Обрабатываемая вода подается в зону всасывания импеллера, который смешивает ее с озонсодержащим газом, эжектируемым под импеллер. Очень тонкая водо-газовая эмульсия проходит в верхнюю часть колонны и снова захватывается импеллером. Этим обеспечиваются многократная рециркуляция потока воды и равномерное распределение газовой фазы по объему реактора. Инжекционные и импеллерные контактные аппараты удобно применять в многоступенчатых схемах озонирования для повторного использования частично отработанной озоно-воздушной смеси.

Количество не использованного в процессе обработки воды озона может составлять 2-8%. С целью предотвращения выбросов в атмосферу не прореагировавшего в контактных аппаратах озона, в системе выпуска отработанной озоно-воздушной смеси предусматривают установку деструкторов остаточного озона. Наибольшее применение нашли термические и термокаталитические деструкторы. Термический метод основан на способности озона быстро разлагаться при высоких температурах. В аппаратах термической деструкции озона обрабатываемый газ нагревают до температуры 340-350 °С и выдерживают в течение 3 с. Существуют конструкции термодеструкторов с рекуперацией тепла.

Читайте также:  Установка защиты бампера на outlander

Термокаталитический метод деструкции основан на быстром разложении озона на кислород и атомарный кислород при температуре 60-120 °С в присутствии катализаторов.

Расчет и проектирование сооружений озонирования. Расчет сооружений и оборудования для осуществления метода озонирования включает два основных этапа: – определение требуемого количества озона, расчет системы диспергирования его в воду и подбор озонаторного и вспомогательного оборудования; – определение геометрических размеров и гидравлических показа-л 1 г телей контактных камер.

Озон и его водные растворы чрезвычайно коррозионны – они разрушают сталь, чугун, медь, резину, некоторые виды пластмасс. Поэтому все элементы озонаторных установок и трубопроводы, контактирующие с озоном или с его водными растворами, должны изготовляться из коррозионно-стойких материалов.

Расход электроэнергии на получение 1 кг озона из хорошо осушенного воздуха для озонаторов различных типов составляет 13-26 кВт-ч, из технического кислорода 6-12 кВт-ч, а из неосушенного воздуха — 43-57 кВт-ч. Расход электроэнергии на осушение Воздуха и его компрессию для получения 1 кг озона 6-10 кВт-ч.

В связи с токсичностью озона, поражающего органы дыхания и центральную нервную систему, особое внимание при проектировании озонаторных установок уделяется вопросу вентиляции помещений и герметизации реакторов (предельно допустимое содержание озона в воздухе помещений, где находятся люди, составляет 0,0001 мг/л).

Навигация:
Главная → Все категории → Очистка сточных вод

источник

Очистка воды озоном и изготовление установки своими руками

Сейчас очистка воды озоном — это один из самых эффективных способов, позволяющий избавиться от нежелательных примесей. Также он предотвращает заражение различными микроорганизмами. Этот метод применяется на станциях населённых пунктов, но есть специальные бытовые установки и оборудование для загородных домов.

Общая информация и назначение

Огромным преимуществом очистки воды озонированием является большой практический опыт использования (больше ста лет). Первый раз такой способ был применён французскими специалистами. Им необходимо было улучшить качество воды в муниципальной системе. Как показала практика, такой метод имеет огромные достоинства, если сравнивать с аналогами:

  • Озон гораздо быстрее чистого кислорода окисляет.
  • Добыча реагента происходит быстро и без лишних денежных расходов.
  • Газ позволяет перевести все взвеси (например, железо) из раствора в осадок, благодаря чему удаление примесей выполняется простыми механическими способами.
  • Если длительность воздействия озонатором была достаточной, то происходит качественная дезинфекция, которая уничтожает все бактерии и другие патологические объекты.
  • Обработка позволяет убрать все привкусы и запахи.
  • Газ быстро разлагается, поэтому химсостав воды не меняется.

Некоторые специалисты утверждают, что озонатор уменьшает образование накипи. Но всё же качественно блокировать этот процесс озонирование не может. Для этого лучше использовать специализированную технологию, например, ионный обмен.

Принцип работы

Во время использования озонового фильтра для воды реагент вступает в реакцию с различными загрязнителями, которые находятся в жидкости. Сам процесс чем-то напоминает поглощение водой паров, но эта очистка более сложная.

Основным методом добычи озона для его дальнейшего применения в очистителе воды является синтез кислорода из воздуха. Такой способ позволили популяризировать озонаторы. Их принцип заключается в том, что холодный воздух (ниже 6 градусов по Цельсию), попадая в сосуд, оставляет часть влаги с кислородом.

Дальше кислород осушается и попадает в озоновый генератор, где при помощи сильных электрических зарядов выполняется преобразование газа в озон. Затем он перемещается по стеклянным трубкам в место, где смешивается с воздухом. Использование другого материала для трубок недопустимо, потому что он быстро окисляется. Стекло не вступает в химическую реакцию примерно 5−6 минут. В некоторых случаях в озоновых установках применяется сразу два генератора для двойной очистки.

Реактор — система отдельных резервуаров, куда подаётся вода при помощи насосов для проведения процесса очистки. Первый этап включает в себя окисление в главном отделении, после чего смесь воздуха и озона переходит в запасной резервуар. Там происходит контакт с не прошедшей очистку водой.

У чистки воды при помощи озонирования есть большое количество преимуществ, среди которых — возможность перенаправления жидкости во время процесса. Для получения озона не нужно больших затрат. Расходуется только электричество. Чтобы добыть 1 кг озона, необходимо всего лишь 18−20 кВт электроэнергии. А если использовать воздух вместо кислорода, то этот показатель можно частично снизить.

В промышленных агрегатах зачастую пропускают озон через большой слой очищаемой жидкости. Главным условием соблюдения технологического процесса является равномерность пропускаемого газа через объём воды.

После перемешивания реагента в инжекторе озон делится на очень маленькие пузырьки. Это позволяет растворение газа в жидкости.

Достоинства и недостатки

Этот способ очистки воды применяется довольно часто. У него есть свои достоинства и недостатки. К основным плюсам можно отнести:

  • быструю очистку;
  • удаление из воды различных примесей и тяжёлых металлов;
  • уничтожение вредных организмов;
  • сохранение химических свойств воды.

Остатки озона очень быстро распадаются и превращаются в кислород. Это позволяет избавиться от привкусов и запаха.

Но у этого метода есть и свои недостатки. Озон нельзя сохранить и транспортировать. Его необходимо производить непосредственно на месте использования. Остальные минусы:

  1. Для качественного удаления загрязнений требуется длительный контакт газа с водой. При этом выделяются фенольные соединения, которые плохо распадаются.
  2. Для изготовления реагента необходим кислород или же подготовленный воздух.
  3. Требуется озонатор. Стоимость оборудования довольно высока.

Если в жидкости есть фенольные соединения, то вода не является полностью безопасной. Необходимо дополнительно проводить обработку. Нужно учитывать, что озон является очень сильным окислителем. Превышение дозировки может плохо отразиться на здоровье человека.

Если озон будет воздействовать на организм довольно длительное время, то есть вероятность развития патологий дыхательной системы. Поэтому использовать такое вещество нужно осторожно. Также недостатком является и то, что озоновые фильтры стоят довольно дорого, а если вода слишком грязная, уйдет больше времени на очистку.

Основные виды

Озоновые очистители бывают промышленными и бытовыми. Они могут иметь разную мощность и размер. Также разработаны специальные установки, которые предназначены для озонирования воды из скважины.

В частных домах крайне редко используется такой способ очистки. Установка имеет компактные размеры, но отлично справляется с фильтрацией жидкости из скважин или колодцев. Озон способен взаимодействовать с тяжёлыми металлами, железом, марганцем, органикой и сероводородом.

Вода, прошедшая через озоновую установку, попадает в фильтр, в котором основным компонентом является активированный уголь. Здесь жидкость очищается от загрязнителей, выпавших в осадок под действием реагента. Активированный уголь в этом случае не выполняет роль абсорбента.

Менять фильтр можно редко, а вот промывать его следует регулярно. В среднем процедура выполняется раз в полгода.

Также существуют озонаторы для аквариумов. Растения и рыбы дают много органических отходов. Из-за этого живые существа могут погибнуть. Для устранения загрязнения можно применять маленький аквариумный прибор, который позволяет насытить воду озоном.

Озон очень быстро распадается. В случае его правильного использования жителям аквариума ничего не грозит. Вещество уберёт все нежелательные примеси и уничтожит патогенную микрофлору.

Но очень важно, чтобы устройство работало исправно и правильно. Чрезмерная концентрация реагента может повредить жабры, что приведёт к гибели рыбок. Нужно регулярно осуществлять контроль при помощи тестового набора.

Промышленные установки имеют большие размеры. Они применяются для очистки питьевой воды перед тем, как жидкость попадает в систему городского водопровода. Такое оборудование отличается повышенной производительностью.

Изготовление устройства своими руками

Если есть желание и определённые знания, то можно самостоятельно изготовить озонную установку. Для сборки необходимо иметь хотя бы начальные навыки электрика.

Следует подготовить такие материалы:

  • стекло толщиной 3 мм;
  • фольга;
  • блок питания на 12 В;
  • жестяная банка;
  • высоковольтный генератор;
  • изолента;
  • герметик;
  • пластиковая ёмкость;
  • медные провода в изоляции;
  • пластмассовые трубки.

Конец провода зачищается и укладывается на стекло. Cверху наклеивается фольга. Теперь необходимо к банке прикрепить четыре пластмассовые опоры, имеющие закруглённые торцы. На них нужно закрепить стеклянные опоры таким образом, чтобы расстояние между стеклом и жестяной банкой составляло ½ мм.

На край банки крепится второй электрод. Теперь необходимо сделать пробный запуск. Должно появиться синеватое свечение между слоем фольги и жестяной ёмкостью. Если это произошло, можно переходить к следующему этапу.

На дне банки нужно сделать отверстие, сечение которого соответствует диаметру шланги. К центру припаивается зачищенный конец провода и пружина.

Банка и стекло скрепляются вместе. Затем стекло устанавливается на дно пластмассовой тары. В крышке необходимо сделать отверстия, через которые будет осуществляться подвод проводов и шлангов. Пластиковая ёмкость в этом случае служит внешним корпусом. Её нужно тщательно загерметизировать.

После застывания герметика подключается блок питания, компрессор и генератор. Озонирование следует проводить в проветриваемом помещении, так как этот газ может обжечь дыхательные пути и привести к отравлению.

Правильное употребление озонированной воды

Конкретной дозировки количества потребляемой озонированной воды нет. Главное условие заключается в том, что должны соблюдаться пропорции. Поэтому очищенную жидкость можно пить сколько угодно. Лучше всего употреблять стакан озонированной воды за час перед едой. Также следует помнить, что её польза сохраняется довольно недолго, из-за чего рекомендуется выпивать воду сразу после озонирования.

У озонированной жидкости большое количество полезных свойств, которые оказывают благотворное влияние на организм человека.

источник