Озонаторные установки

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ, МОЛОДЕЖИ И  СПОРТА УКРАИНЫ

 

Кафедра: «Водоснабжения и водоотведения»

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

На тему: «Озонаторные установки»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                             Выполнил:                                      

                                                                                ст. гр. ВВ – 41а  

                                                                                Калиниченко К.

                                                                             Руководитель:

                                                                             Зайченко Л. Г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Макеевка 2012г.

 

План.

 

 

Введение

1. Комплекс работ по  применению озонирования и сорбции  в технологии очистки воды

2. Озонирование воды

2.1. Назначение озона.

2.2. Принципиальные технологические  схемы применения озона и активных  углей на водоочистных станциях.

2.3. Обоснование типоразмерного ряда озонаторного оборудования.

2.4 краткая характеристика  выпускаемого озонаторного оборудования.

3. Технико-экономические показатели применения озона на водоочистных станциях

4. Применение технологии озонирования очистки воды на локальных установках

5. Общие положения

6. Правила технической эксплуатации озонаторного оборудования

7. Правила техники безопасности

Заключение

Список литературы 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

В связи с возрастающим загрязнением водных объектов, используемых в качестве источников водоснабжения  населения, в мировой практике расширяется  использование озона для подготовки воды питьевого качества. В настоящее  время более 1000 водопроводных станций  в Европе, особенно во Франции, Германии и Швейцарии, применяют озонирование как составляющую ступень в технологическом  процессе очистки воды.

Сброс неочищенных, или недостаточно очищенных бытовых и промышленных сточных вод, а также смыв с  сельскохозяйственных территорий вод, содержащих пестициды и другие ядохимикаты, приводит к ухудшению воды в источниках водоснабжения. Состав вод поверхностных  водоемов вблизи крупных городов  характеризуется содержанием в  них повышенных концентраций фенолов, нефтепродуктов, хлорорганических соединений, аммонийного и нитритного азота  и пр. Содержание химических соединений в таких водных объектах иногда в  десятки и сотни раз превышает  предельно допустимые концентрации (ПДК) по санитарно-гигиеническим показателям.

Известно, что получившие широкое применение технологии и  сооружения для очистки воды из поверхностных  источников рассчитаны на извлечение из них загрязнений природного происхождения. Барьерная роль таких сооружений по отношению к химическим загрязнениям антропогенного происхождения крайне низка. Многие действующие водоочистные станции, запроектированные по традиционной технологии (коагуляция, хлорирование, отстаивание и фильтрование), не только не могут обеспечить удаление химических загрязнений, но, напротив, в ряде случаев способствуют повышению  концентрации некоторых соединений. Например, предварительное хлорирование воды из поверхностных источников, как правило, приводит к образованию  в обрабатываемой воде повышенных концентраций хлороформа и др. хлорорганических соединений.

По данным около 50 % населения  страны вынуждено использовать для  питья воду, не соответствующую в  той или иной степени требованиям  по ряду показателей. Так, в настоящее  время каждая восьмая проба водопроводной  воды не отвечает гигиеническим требованиям  по бактериологическим показателям, из которых 45 % представляют опасность  в эпидемическом отношении; каждая пятая исследованная проба нестандартная  по химическим показателям, из них в 10 % проб содержание химических веществ представляло опасность для здоровья.

В некоторых регионах вода из централизованных систем водоснабжения  постоянно не отвечает ряду требований ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая». В результате население вынуждено пользоваться водой, оказывающей, по данным медицинским организаций, отрицательное воздействие на систему кровообращения, органов желудочно-кишечного тракта, на иммунную систему и приводящих к возникновению раковых заболеваний.

В связи со сложившимся  положением в последние годы появилось  большое количество фирм и организаций, выпускающих разнообразные по конструкции  устройства очистки водопроводной  воды индивидуального и локального назначения, для детских учреждений, школ, больниц, профилакториев, столовых и др. заведений. Часть из них представляет собой многочисленные модификации  «Ручейков», «Родников», загруженных  активным углем, озонаторные установки  и установки мембранного или  патронного типов. Такие установки могут быть иногда полезными, но вместе с тем могут и принести определенный вред.

В частности, при наличии  в таких фильтрах ионообменных материалов из воды удаляются необходимые для  организма элементы - кальций, магний и фтор. В случае применения сорбционных  материалов имеет место рост различных  групп микроорганизмов в очищенной  воде. И, наконец, во многих конструкциях не исключена десорбция загрязнений  из фильтрующего материала и попадание  всех ранее задержанных загрязнений  в один стакан воды.

В целом возможность распространения  таких индивидуальных установок  допустима в качестве временной  меры до тех пор, пока не будет обеспечена подача воды питьевого качества системами  централизованного водоснабжения.

Для этого необходима реконструкция  водоочистных станций, которая позволит проводить очистку воды по новой  технологии.

Особенно актуальна проблема глубокой очистки воды в настоящее  время, когда подготовлены к введению новые нормативные документы, регламентирующие более жесткие требования по некоторым  показателям качества воды.

Отсюда понятны повышенный интерес к озонированию воды и  желание предприятий водопроводно-канализационного хозяйства внедрить на водоочистных станциях метод озонирования. Однако при выборе схем и режимов озонирования воды, иногда допускают неверные решения, обусловленные ошибочными представлениями, основными из которых, на наш взгляд, являются следующие.

Режимы обработки воды озоном и принимаемая схема озонирования выбираются обычно на основании данных физико-химического анализа природной  воды. Вместе с тем известно, что  качество воды в водоисточнике при ее движении претерпевает значительные изменения, поэтому для каждого случая режимы как реагентной обработки, так и озонирования будут различными.

Зачастую произвольно, без  всяких обоснований выбирают дозу озона, по которой рассчитывают производительность озонаторного оборудования и размещают  заказ на изготовление на заводе. Очевидно, что в этом случае технологическая  схема применения озона остается недоработанной. Возможные недостатки этого подхода будут обнаружены уже только при проведении пусконаладочных  работ, когда исправить ошибки будет  невозможно. Если даже в ряде случаев  в процессе изготовления оборудования проводят технологические изыскания, последние выполняются фактически уже под заказанное оборудование, и это будет препятствовать использованию  возможностей озона в полной мере.

При неправильном подборе  режима озонирования воды и дозы озона  возможно образование побочных продуктов  окисления, которые плохо удаляются  в процессе очистки и могут  быть более токсичны, чем исходные загрязнения. В некоторых случаях  озонирование воды может вызвать  ухудшение процессов коагуляции и более того привнести в обрабатываемую воду химические загрязнения в повышенных концентрациях, например, фенолов.

Многие водопроводно-канализационные  предприятия рассчитывают на то, что  с введением озонирования можно  будет полностью отказаться от хлорирования и исключить хлор из технологической  схемы очистки воды. Как показывает зарубежный и отечественный опыт, применение озона не позволяет исключить  использование хлора, хотя доза хлора  может быть уменьшена. Это связано  с тем, что озон быстро разлагается  в воде и не обладает пролонгирующим бактерицидным действием. Поэтому  для обеспечения надежной и безопасной в санитарно-гигиеническом отношении  работы водопроводных сетей должно проводиться заключительное обеззараживание  дозами хлорреагентов для обеспечения в любой точке сети, в том числе и самой отдаленной, остаточного хлора на уровне, регламентируемом ГОСТом «Вода питьевая».

Озонирование, применяемое  как самостоятельная ступень  в технологии очистки воды, не всегда позволяет решить проставленную  задачу повышения ее эффективности. Как известно, сорбционная ступень  очистки воды в большинстве случаев  является обязательной.

Обобщая отмеченные выше недостатки и ошибки в практике решения задачи применения озона в технологии очистки  воды, нетрудно видеть, что обеспечить наиболее рациональные решения по его  использованию возможно только на основе изучения взаимодействий озона с  другими технологическими приемами очистки.

Из этого следует, что  в каждом конкретном случае до выдачи схем и принятия решения о применении озона необходимо проведение предпроектных технологических исследований, в результате которых можно обоснованно судить о целесообразности и эффективности озонирования, необходимости использования сорбционной очистки воды, определить места ввода озона в общей технологической схеме и оценить его влияние на основные процессы очистки воды, применяемые на данной водоочистной станции.

Кроме того, в ходе таких  исследований и только по их результатам  можно установить оптимальные дозы озона в характерные периоды  года, определить расчетно-конструктивные параметры метода окислительно-сорбционной очистки воды, а именно: коэффициент использования озона, время контакта озоновоздушной смеси с обрабатываемой водой, варианты использования сорбционных фильтров с выбором наиболее эффективных марок активных углей; уточнить скорость фильтрования, время до реактивации угольной загрузки и режим реактивации с определением его аппаратурного оформления, а также другие технологические и технико-экономические вопросы применения озона и активных углей на водоочистных станциях.

Таким образом, оптимальные  условия применения методов глубокой очистки воды - озонирования и сорбции  на активных углях определяются только путем проведения специальных исследований на каждом конкретном объекте.

Настоящие методические рекомендации разработаны для инженерно-технических  работников, занятых эксплуатацией  водоочистных станций и призваны помочь им в определении круга  вопросов, возникающих при применении озонирования и сорбции, а также  наметить общие пути выполнения поставленных проблем.

 

 

1. КОМПЛЕКС РАБОТ  ПО ПРИМЕНЕНИЮ ОЗОНИРОВАНИЯ В  ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ ВОДЫ.

Комплекс работ по применению озонирования в технологии очистки  воды включает в себя ряд организационных, технологических и экономических  мероприятии, основными из которых  являются:

1.1. Обобщение многолетних  данных по качеству воды и  детальный анализ природной воды  по специфическим для данного  объекта загрязнениям.

1.2. Проведение технологических  изысканий в лабораторных условиях  или на модельных экспериментальных  установках с целью определения  расчетно-конструктивных параметров  метода озонирования по заранее  подготовленной программе проведения  работ (с указанием сроков, стоимости  работ и ее основных исполнителей).

1.3. Подготовка рекомендаций  на проектирование или реконструкцию  водоочистных станций и разработка  технологического регламента рекомендуемых  сооружений. Подготовка технико-экономического  расчета предлагаемых вариантов.  В случае необходимости - разработка  предварительных рекомендаций на  проектирование.

1.4. Проведение предпроектного маркетинга озонаторного оборудования и выбор необходимого оборудования, (рассматриваются озонаторное оборудование отечественного и зарубежного производства).

1.5. Проектирование узла основных сооружений .

При этом решаются вопросы:

необходимость применения озонаторного оборудования на всей водоочистной станции  или части ее. (В качестве примера  можно привести решение кемеровского «Водоканала» о подаче воды, обработанной с применением дополнительных методов  озонирования, только в жилые кварталы города, а воду, очищенную по традиционной технологии, - для нужд промышленности);

устройство озонаторной станции с минимальными ступенями перекачки;

1.6. Строительство, монтаж  необходимого оборудования и  выполнение пусконаладочных работ  новых блоков и оборудования  в комплексе с очистными сооружениями  водоочистной станции.

1.7. К организационно-экономическим  мероприятиям относятся согласование  размещения выбранного оборудования, проектной документации, размещение  заказа на изготовление и поставку  оборудования, определение необходимых  материально-технических ресурсов  и источников их формирования, а также набор и подготовка  эксплуатационного персонала.

2. ОЗОНИРОВАНИЕ  ВОДЫ

2.1. Назначение озона.

2.1.1. Очистка воды поверхностных водоисточников от антропогенных загрязнений:

- для удаления запахов  и привкусов;

- для удаления специфических  органических загрязнений - фенолов,  нефтепродуктов, СПАВ, пестицидов, хлорорганических  соединений, аминов и многих других.

2.1.2. Очистка воды поверхностных водоисточников от загрязнений природного происхождения:

- от гуминовых веществ,  обуславливающих цветность воды;

- от специфического запаха  и привкуса, появляющегося при  повышенных концентрациях планктона,  а также для устранения выделяемых  планктоном ядовитых веществ;

- удаление привкусов и  запахов (почвы, плесени, травы,  рыбы и др.), продуцируемых различными  водными организмами.

Установлено, что эти загрязнения (п. п. 2.1.1. и 2.1.2) практически не задерживаются на традиционных сооружениях очистки воды, однако, они разрушаются озоном и удаляются при фильтрации на активных углях.

Следует отметить, что только одним озонированием так же, как  только сорбционной очисткой, не всегда удается обеспечить требуемую эффективность  очистки воды. Наиболее целесообразным в большинстве случаев является использование озона в сочетании  с заключительной сорбционной очисткой на фильтрах с активным углем.

2.1.3. Очистка подземных  вод - для удаления неорганических  соединений, таких как железо, марганец, сероводород, и для обеззараживания  воды.

2.1.4. Частным случаем применения  озона является его использование  в плавательных бассейнах (как  спортивных, так и общего пользования)  для обеззараживания и существенного  повышения органолептических свойств  воды.

2.1.5. И, наконец, поскольку  озон является более эффективным,  чем хлор, дезинфицирующим реагентом  в отношении спор и вирусов,  то в отношении обеззараживания  его роль более существенна.  Так, по данным специалистов  фирмы «Дегремон» в случаях эпидемий холеры и неизвестной ранее «болезни легионеров», которая вызывается бактериями Legionella pneumophila и одноклеточными Giardia, только озонирование может гарантировать необходимую степень обеззараживания.

 

2.2. Принципиальные  технологические схемы применения  озона и на водоочистных станциях.

В зависимости от качественного  и количественного состава загрязнений  водоисточника возможны различные варианты применения озона в технологической схеме очистки воды (рис. 1 и 2).

На рис. 1 представлена традиционная схема очистки воды с отстойниками и фильтрами, на рис. 2 - схема с контактными осветителями.

Одноступенчатое озонирование: использование озона на стадии предварительного окисления воды или после коагуляционной ее очистки перед песчаными или угольными фильтрами.

Двухступенчатое озонирование: предварительное озонирование и  озонирование после коагуляционной обработки воды.

Трехступенчатое озонирование: предварительное озонирование, после  коагуляционной обработки и озонирование после полной очистки воды.

Первичное озонирование (предозонирование) проводится с целью окисления легкоокисляемых органических и неорганических загрязнений, улучшения процесса коагулирования, а также для частичного обеззараживания воды. В этом случае исходная вода обрабатывается небольшими дозами озона.

Вторичное озонирование воды позволяет осуществить дальнейшее более глубокое окисление оставшихся загрязнений и, кроме того, повышает эффективность сорбционной очистки  и продлевает срок службы активного  угля до регенерации, в данном случае озон вводится перед песчаными или  угольными фильтрами.

Заключительное озонирование очищенной воды (постозонирование) обеспечивает полное обеззараживание и улучшает органолептические показатели воды.

По числу мест введения озона устанавливаются контактные камеры, в которых происходит смешение озоновоздушной смеси с водой. Для городских водоочистных станций обычно используют барботажные бассейны; в качестве диспергаторов могут применяться металло-керамические трубы (или пластаны) или специальные насадки из нержавеющей стали, устанавливаемые на трубопроводах.

Рис. 1. Применение озона на станциях с двухступенной схемой очистки воды:

1 - подача речной воды; 2 - первичное озонирование; 3 - первичное хлорирование (при необходимости); 4 - ввод коагулянта; 5 - смеситель; 6 - отстойник (или осветлитель со взвешенным осадком); 7 - вторичное озонирование; 8 - песчаный фильтр; 9 - угольный фильтр; 10 - третичное озонирование; 11 - вторичное хлорирование; 12 - резервуар чистой воды; 13 - подача питьевой воды потребителю

Рис. 2. Применение озона для очистки воды на станциях с контактными осветлителями:

1 - подача речной воды; 2 - первичное озонирование: 3 - первичное хлорирование (при необходимости); 4 - ввод коагулянта; 5 - входная камера; 6 - сетчатый барабанный фильтр; 7 - контактный осветлитель; 8 - вторичное озонирование; 9 - угольный фильтр; 10 - третичное озонирование; 11 - вторичное хлорирование; 12 - резервуар чистой воды; 13 - подача питьевой воды потребителю

Контактные камеры могут  работать как в противоточном, так  и в прямоточном режимах, причем при противоточном методе смешения коэффициент использования озона повышается до 0,93 - 0,97.

В состав комплекта оборудования озонаторной станции входят: компрессоры, установки для очистки и осушки воздуха, генераторы озона, силовые  энергетические установки, приборы  КИПиА и аппарат каталитического разложения озона.

2.3. Обоснование  типоразмерного ряда озонаторного оборудования.

С целью установления ориентировочного требуемого количества озона для  типовых производительностей водоочистных станций, а также обоснования  типоразмерного ряда озонаторов были выполнены расчеты для всего принятого в типовом проектировании ряда производительностей от 1,6 до 200 тыс. м³/сут.

Требуемые дозы озона были приняты средними на основании многочисленных исследований по обработке воды озоном в реальных условиях.

Были рассмотрены следующие  варианты:

среднезагрязненные источники водоснабжения - доза озона - 4 мг/л;

сильнозагрязненные источники  водоснабжения - доза озона - 7 мг/л;

подземные и поверхностные  водоисточники, характеризуемые высокой цветностью (до 150 - 200 град) - доза озона изменяется в пределах от 15 до 20 мг/л.

 

Таблица 1

Расчетные данные для водоочистных станций

Водоисточник	Доза озона, мг/л	Производительность озонаторного оборудования в кг/ч для водоочистных станций производительностью, тыс. м3/сут
		1,6	3,2	5,0	8,0	12,5	20	32	40	50	100	200
Среднезагрязненный	4	0,26*	0,53	0,84	1,33	2,1	3,33	5,33	6,7	8,4	16,7	33,4
Сильнозагрязненный	7	0,46	0,93	1,5	2,33	3,7	5,83	9,33	11,7	14,7	29,2	58,4
Водоисточник с высокой цветностью воды	15 - 20	1 - 1,32	2 - 2,64	3,2 - 4,2	5 - 6,6	7,8 - 10,4	12,5 - 16,7	20 - 26,6	25 - 33,4	31,5 - 42	62,5 - 93	125 - 166

 * Производительность озонаторов указана без резерва

 На основании данных одиночной производительности выпускаемого оборудования был определен предпочтительный типоразмерный ряд озонаторных установок, который был сгруппирован в следующем виде: 1 - 4; 5 - 7,5; 10 - 15; 30 и 50 кг/ч.

Расчетные данные сведены  в табл. 1.

Из результатов табл. 1 видна условная производительность озонаторного оборудования для различных производительностей станций и разного качества воды водоисточников. Это необходимо для выполнения ориентировочных расчетов и некоторого представления о реальных затратах.

 Если полученные данные соотнести к единичной производительности озонаторного оборудования, то можно будет выбрать необходимое для данного случая оборудование с указанной в табл. 2 единичной производительностью.

Таким образом, представленные в данном разделе данные могут  быть использованы для предварительного обоснования технической (а не технологической) возможности применения озонаторного оборудования и выполнения предварительных  технико-экономических расчетов.

Таблица 2

Необходимость в  озонаторном оборудовании определенной единичной производительности для  водоочистных станций

2.4 Краткая характеристика  выпускаемого озонаторного оборудования.

Водоисточник	Производительность очистных сооружений в тыс. м3/сут для озонаторов с единичной производительностью, кг/ч
	1 - 4	5 - 7,5	10 - 15	30	50
Среднезагрязненный	1,6 - 12,5	20 - 40	50 - 100	100 - 200	-
Сильнозагрязненный	1,6 - 12,5	12,5 - 32	32 - 100	100 - 200	200
Водоисточник с высокой цветностью	1,6 - 5,0	8 - 12,5	12,5 - 32	32 - 100	50 - 200

 

 

К настоящему времени специалистами МГУ, МЭИ, ВЭИ, Дзержинского НИИхиммаша, институтами РАН, Полтавским НИИ эмальхиммаш и др. разработаны научные основы создания нового высокопроизводительного озонаторного оборудования. Это позволило перейти к решению практических вопросов, созданию и промышленному выпуску новых образцов озонаторного оборудования.

Разработкой и организацией выпуска озонаторного оборудования занимаются различные организации, в т.ч. объединение МПК «Эврика» (г. Нижний Новгород), НПО «Наука» совместно с МВТУ им. Баумана, предприятия г. г. Троицка, Томска и многие другие организации.

Среди изготовителей озонаторного оборудования наиболее предпочтительными  по имеющимся мощностям и производственному  потенциалу являются:

- АО «Курганхиммаш»;

- ГКНПЦ им. В.М. Хруничева  ракетно-космический завод (г.  Москва);

- Малое предприятие «Экоинформсистема» (г. Москва);

- АО «Экологические системы» (г. Москва);

- Воронежский КБ химавтоматики совместно с ТОО «ВАТИ» (г. Воронеж);

- Дзержинский институт  «НИИхиммаш».

Указанные заводы выпускают  различные по производительности, конструкции, качеству изготовления оборудование; с разной степенью готовности производства к выпуску; имеющие различные  стоимостные показатели и разные подходы к конструированию (например, частота тока, материалы трубок, размеры устройств и пр.).

В общем виде можно отметить следующее:

- наиболее освоено производство  озонаторов на АО «Курганхиммаш»;

- озонаторы курганского  завода работают, в основном, на  промышленной частоте - 50 Гц (за  исключением озонаторов производительностью  15 кг/ч - до 650 Гц); АО «Экологические  системы», КБ ХА выпускают оборудование  с повышенной частотой (1000 - 2500 Гц); ГКНПЦ им. М.В. Хруничева ракетно-космический  завод - на высокой частоте  (4000 Гц).

Известно, что принятая для  работы частота определяет габариты оборудования и затраты электроэнергии на синтез озона:

- предприятие «Экоинформсистема», Воронежский КБ ХА выпускают оборудование с единичной производительностью от 1 до 5 кг/ч, остальные предприятия готовы выпускать оборудование любой производительности;

- наименьшую стоимость  оборудования имеет Курганский  завод и Дзержинский НИИхиммаш, большую стоимость имеют ГКНПЦ им. М.В. Хруничева ракетно-космический завод и КБ ХА;

- АО «Экологические системы»  предлагает выпускать оборудование  совместно с фирмой «OZONIA» (Швейцария).

До настоящего времени  заводы-изготовители выпускали только единичные образцы оборудования по индивидуальным заказам предприятий; массового серийного выпуска  озонаторного оборудования не производится. Это было связано с неготовностью  водоканалов (в основном, по финансовым причинам) заказывать на заводах и  внедрять у себя озонаторные установки.

Поэтому широкого опыта применения и эксплуатации отечественного озонаторного оборудования в Украине не имеется.

Наибольший интерес представляют озонаторы, работающие на кислороде, что  позволит вдвое повысить производительность и снизить энергозатраты существующего оборудования, работающего на обычном воздухе. Однако это потребует устройства на водоочистных станциях достаточно опасного в части взрыво- и пожароопасности оборудования, что является существенным препятствием к использованию кислорода.

Поэтому наиболее предпочтительным является использование привозного кислорода в тех случаях, когда  поблизости имеются кислородные заводы.

Из зарубежных фирм на отечественном  рынке наиболее известны французские  фирмы «Трейлигаз» (на оборудовании которого работают водоочистные станции г. г. Москвы, Нижнего Новгорода, Киева, Минска) и фирма «Дегремон», швейцарская фирма «Озониа».