Синтетическим путем озон получают при коронном (тихом) разряде, который образуется в узком слое воздуха между электродами высокого напряжения (5...29 кВ) при атмосферном давлении. Соответствующие аппараты называются генераторами озона или озонаторами. На практике применяют озонаторы двух типов с пластинчатыми электродами н цилиндрические озонаторы с трубчатыми электродами.
Коронный разряд сопровождается выделением теплоты, поэтому озонаторы должны быть оборудованы системой водяного охлаждения. Выход озона зависит от температуры воздуха, подаваемого в область коронного разряда. Поскольку с повышением температуры увеличивается распад Оз, то подаваемый воздух должен быть холодным, а также чистым и сухим. Как правило, выход озона составляет 10...20% от содержания в воздухе кислорода.
Озонаторная установка состоит из узла подготовки воздуха, озонатора, контактной камеры и трансформатора. Расход электроэнергии на получение озона, а тем самым себестоимость озонирования во многом зависит от подготовки воздуха. В процессе подготовки воздух очищается, сушится и охлаждается. В современных озонаторах на изготовление 1 кг О3 расходуется 20...30 кВт-ч электроэнергии, из которых на озонатор приходится 14...18 кВт-ч. Необходимое количество воздуха на получение 1 кг озона составляет 70...80 м3.
Осушение воздуха происходит в одну стадию при высоком давлении или в две стадии при низком давлении.
В первом случае давление воздуха составляет 0,5 ... 1,0 МПа. Воздух пропускают через теплообменник с водяным охлаждением и автоматическую сушилку, представляющую собой фильтр, заполненный адсорбентом (например, активированным оксидом алюминия).
Двухстадийная сушка происходит под давлением поступающего воздуха примерно 0,07 МПа и характерна для озонаторных установок большой производительности. В данном случае между водяным теплообменником и автоматической сушилкой установлен охладитель второй ступени - фреоновая холодильная установка.
Озонирование воды заключается в ее перемешивании с озоновоздушной смесью в контактных камерах ври времени контакта 5...20 мин. О3 относится к малорастворимым газам, поэтому технология диспергирования озоновоздушной смеси в воду и конструкция контактной камеры имеют большое значение для эффективного использования и снижения потерь озона. Способы диспергирования озоновоздушной смеси можно классифицировать в три группы: подача газа в контактные колонны через пористые плиты (трубы) или перфорированные трубы; использование эжекторов; применение механических турбин и прочих диспергирующих устройств механического действия. Наиболее широко применяют способы первой группы, причем контактные колонны обычно противоточного типа - обрабатываемая вода подается сверху вниз, озон снизу вверх.
Озон является универсальным реагентом, поскольку может быть использован для обеззараживания, обесцвечивания, дезодорации воды, для удаления железа и марганца. Озон разрушает соединения, не подчиняющиеся воздействию хлора (фенолы). Озон не придает воде запаха и привкуса. При этом он обладает сильными коррозионными свойствами, токсичен. Допустимое содержание О3 в воздухе помещений 0,0001 мг/л. Озон может разрушать некоторые органические вещества, не окисляя их до конца. В результате в трубопроводе озонированной воды может повышаться интенсивность бактериальной жизнедеятельности. Главный недостаток озона - кратковременность действия, отсутствие остаточного озона. Таким образом О3, первоначально использованный вместо хлора для обеззараживания воды н подаваемый в воду в конце технологической схемы, все чаще используется как вещество для очистки воды.
В таком случае озон подается в воду до основных очистных сооружений, причем обеззараживание выполняется либо только хлором, либо воду хлорируют после обеззараживания озоном для образования в воде требуемого остаточного хлора.
Эффективность озонирования зависит от количества и свойств загрязняющих воду веществ, от дозы О3, температуры и рН воды, от применяемого метода диспергирования озоновоздушной смеси в воду.
Доза озона и оптимальная схема озонирования определяются на основе предварительных технологических исследований. При отсутствии соответствующих данных СНиП рекомендует для озонирования подземных вод принимать дозу О3 0.75...1.0 мг/л, для озонирования профильтрованных вод - 1... 2 мг/л.
Озонирование используется и для доочистки сточных вод. При этом расчетная доза О3 принимается 2 ... 4 мг на 1 мг загрязнителя (нефтепродуктов, фенолов, ПАВ).
При доочистке биологически очищенных городских сточных вод с дозой озона 20 мг/л ХПК снижается на 40%, БПК5 на 60...70%, ПАВ на 90%, окраска воды на 60%. Одновременно происходит обеззараживание воды.
В мировой практике наибольшую известность и распространение получили французские озонаторы фирмы «Трейлигаз».
Обеззараживание воды в бактерицидных установках.
Ультрафиолетовые лучи длиной волн 220-280 им действуют на бактерии губительно, причем максимум бактерицидного действия соответствует длине волн 260 нм. Данное обстоятельство используется в бактерицидных установках, предназначенных для обеззараживания в основном подземных вод. Источником ультрафиолетовых лучей является ртутно-аргонная или ртутно-кварцевая лампа, устанавливаемая в кварцевом чехле в центре металлического корпуса. Чехол защищает лампу от контакта с водой, но свободно пропускает ультрафиолетовые лучи.
Обеззараживание происходит во время протекания воды в пространстве между корпусом и чехлом при непосредственном воздействии ультрафиолетовых лучей на микробов. Поэтому наличие в воде взвешенных веществ, поглощающих световое излучение, а снижает эффективность обеззараживания. Необходима также постоянная чистка наружной поверхности кварцевого чехла от осаждающегося осадка. Для этого имеются продольные щетки, которые приводятся во вращение турбиной.
Ультрафиолетовое излучение действует мгновенно, поэтому контактные бассейны не нужны. В то же время излучение не придает воде остаточных бактерицидных свойств, а также запаха или привкусов. Бактерицидная установка не нуждается в реагентах, она компактна, управление ее работой можно легко автоматизировать.
В СНГ серийно выпускаются бактерицидные установки ОВ-1П, ОВ-50 и ОВ-150. Установки состоят из камеры облучения, пускового устройства и электрической сигнализационно-контрольной системы.
Бактерицидная установка ОВ-1П крепится в вертикальном положении на стене, ОВ-50 и ОВ-150 устанавливаются на полу в горизонтальном положении. В установке ОВ-1П пускатель прикреплен к корпусу, турбина отсутствует, чистка кварцевого чехла производится периодическим возвратно-поступатель- ным движением рукоятки.
Для увеличения пропускной способности допускается параллельное вклю- чение до пяти установок при одной установке в резерве.
Для запуска установки камеру заполняют водой и включают лампу. Через 10-15 мин открывают задвижки на трубопроводах обработанной и поступающей воды. Работа лампы проверяется визуально через смотровой глаз, для большей надежности эксплуатации целесообразно использовать систему световой или звуковой сигнализации, выведенной в помещение дежурной службы.
Применение окислитилей и сорбентов для дезодорации воды и удаления токсичных веществ
По мере общего ухудшения качества природных вод все больше приходится заниматься удалением веществ, придающих воде привкусы и запахи, а также токсичных веществ.
Как известно, мутность воды обусловлена содержанием нерастворенных, прежде всего грубодисперсных минеральных примесей; цветность -содержанием минеральных и органических соединений, причем главную роль играют коллоиды органического происхождения, планктон и другие вещества. Появление в воде привкусов и запахов вызывают минеральные растворенные и коллоидные вещества (сероводород, хлор, железо), а также органические соединения. К последним (относятся продукты биологических процессов, происходящих в самих водоемах, вещества, поступающие в водоемы в результате смыва почв и со сточными водами. В результате смыва с полей ядохимикатов и размыва промышленно загрязненных почв, а также со сточными водами в водоемы попадают токсичные вещества.
Выбор метода дезодорации воды зависит от происхождения запахов и привкусов. Если причиной являются минеральные растворенные и коллоидные вещества, проблема решается деминерализацней, обезжелезиванием, дегазацией воды. Однако основной вопрос дезодорации - вопрос удаления из воды растворенных органических веществ. Это требует специальной обработки воды. С данной проблемой тесно связана проблема удаления из воды токсичных веществ, находящихся там, как правило, в микроконцентрациях.
В настоящее время находят применение в основном методы окисления и сорбции, причем хорошие результаты дает их комбинирование (окислительно-сорбционный метод).
Из окислителей широко используют хлор и хлорсодержащие реагенты, озон, перманганат калия. Выбор реагента, его дозы и схемы реагентной обработки следует решить на основе технологических исследований. Ориентировочно можно дозу окислителя определить исходя из перманганатной окисляемости воды.
Как правило, окислители разрушают органическое вещество в органолептически менее ощутимые, а также менее токсичные соединения. Но имеются и такие вещества, например некоторые фосфорорганические пестициды, при которых неполное окисление может привести к усилению запахов и привкусов и образование токсичных веществ.