книги из ГПНТБ / Кожинов В.Ф. Озонирование воды

Фильтрованная вода 1 поступает в камеру по вертикаль­ ному каналу 2 высотой 9,5 м. Камера состоит из двух смеж­ ных отделений 3 и 4, перекрытых на 'высоте /г= 2ф-2,3 м от днища общим герметизированным покрытием. Благодаря этому оба отделения находятся под постоянным гидравлическим .на­ пором порядка 7,2—7,5 м вод. ст. На дно первого отделения 3 камеры в трубки-диффузоры 5 подается под давлением озони­ рованный воздух, который растворяется в противотоке воды, движущейся под напором сверху вниз. Далее вода, насыщен­ ная озоном, переходит во второе отделение 4 'контактной каме­ ры под нижней кромкой разделительной перегородки. Из-за

оставаться в растворенном виде, сохраняя свою высокую окис­ лительную способность.

Неотреашровавший озон накопляется под верхним пере­ крытием камеры, в виде слоя 6, откуда отводится по трубке 7 и с помощью инжектора 8 вводится в вертикальный канал 2. Это позволяет осуществить предварительное озонирование во­ ды перед поступлением ее в контактную камеру 3. Фактически такая операция представляет собой попытку рекуперации озо­ на. Между тем усилия конструкторов должны направляться на полное использование озона в контактной камере. Этому, ко­ нечно, не может способствовать ограничение высоты камеры 2 м.

Пройдя второе отделение 4 камеры, вода переливается че­ рез верхнюю кромку следующей перегородки и снова движется вниз, где входит в отводящий вертикальный канал 9. Подняв­ шись по этому каналу вверх, вода поступает в горизонтальный трубопровод 10 для дальнейшего транспортирования в резер­ вуары чистой воды.

■120

По стояку 11 отводится в атмосферу избыточный воздух, который, очевидно, содержит все-таки некоторое количество не­ отреагировавшего озона.

Продолжительность контакта составляет 5 мин (по 2,5 мин на каждое отделение камеры). Скорость движения воды через кам-еру 0,8 м/мин, а во входном канале 4 м/мин, т. е. в пять раз больше.

Способ гидравлического эмульгирования. Гидравлический эмульсатор ((рис. 65) представляет собой своего рода водяной насос-инжектор, в котором при прохождении обрабатываемой воды В возникает сильно пониженное давление, вызывающее

засасывание озонированного воздуха О. Это исключает возмож­ ность утечки озона наружу.

На рис. 66 приведена схема ввода озона в контакт с водой с помощью гидравлического эмульсатора. 'Воздуходувки 1 на­ гнетают атмосферный воздух и адсорберы 2 для осушки, а за­ тем в озонатор 3. По трубе 4 озонированный воздух, а по тру­ бе 5 фильтрованная вода одновременно поступает в эмульсатор 6. Продолжением эмульсатора служит вертикальная труба 7, опущенная до низа контактной камеры 8. После выхода из трубы 7 вода поднимается в 'верхнюю часть камеры и перели­ вается через перегородку в боковой сборный канал 9. Для от­ ведения неот.реагировавшей части озона устанавливается вы­ тяжной стояк 10.

Высота слоя воды н контактной камере 5 м. Продолжи­ тельность контакта около 5 мин.

•Способ гидравлической инжекции достаточно прост, но требует соблюдения ряда жестких условий, а именно: 1) через эмульсатор должна обязательно пропускаться вся обрабаты­ ваемая вода; 2) минимальное давление воды в эмульсаторе должно составлять 4 м, следовательно, необходимо поднимать

121

смешиванию противоток воды и озона, поскольку вода посту­ пает из эмульсатора вместе с озоном. Все это в совокупности приводит к значительному дополнительному расходу электро­ энергии. Поэтому ввод озона в контакт с водой с помощью гидравлического эмульсатора выгоден лишь в том случае, ко­ гда возможна подача всей обрабатываемой воды к эмульсатору под естественным напором, т. е. при благоприятных местных топограф«ческих условиях.

Способ механической инжекции. Этот способ требует уста­ новки в контактной камере ротационного механического эмуль­ гатора (рис. 67). Он представляет собой полый перфорирован­ ный цилиндр-ротор 1, вращающийся в воде вокруг вертикаль­ ной оси 2 со скоростью 2900 об/мин. Электродвигатель 3 располагается на верхнем перекрытии контактной камеры. Бы­ строе вращение создает в цилиндре вакуум, что обеспечивает непрерывное всасывание по трубке 4 озонированного воздуха. Через отверстия цилиндра озонированный воздух выходит в радиальных направлениях и смешивается с водой, обтекающей ротор. Этот способ позволяет получить тонкодисперсную эмуль­ сию и почти мгновенное растворение озона в воде.

Такая система механического эмульгирования применена на станции озонирования в г. Берне (Швейцария), производи­ тельностью 12 тыс. м3/сутки. .Количество вводимого в воду озо­ на составляет только 150 г/ч, что соответствует дозе 0,3 мг/л.

При рассмотренном способе механического смешивания можно достигнуть растворения в воде 75—65% введенного озо­ на. Однако, по данным работы одной из аналогичных устано­ вок в Голландии, эта величина не превышала 70%, вследствие чего была рекомендована установка двух механических рота­ ционных эмульсаторов, действующих последовательно, для по­ вышения общего эффекта их работы. Расход электроэнергии на смешивание воды с озоном для .гидравлических эмульсаторов составляет 16—25 квт-ч, а для ротационных эмульсаторов 8,5— 13 квт-ч на 1 кг озона. При барботировании с помощью диф­ фузоров расход электроэнергии на смешивание может быть снижен до 4 квт-ч на 1 кг озона.

Способ косвенного смешивания. При высокой концентрации озона в озоно-воздушной смеси целесообразно предварительно смешивать озонированный воздух с частью общего дебита во­ ды, а затем концентрированную смесь снова смешивать с остальным объемом воды в условиях противотока. Таким обра­ зом, 7з—'/4 общего расхода воды озонируется весьма интенсив­ но под давлением 1,2 ати, а последующее перемешивание осу­ ществляется в контактной камере в слое воды высотой 7 м.

Это вызывает удвоенный расход электроэнергии по сравне­ нию с потребным при работе роторных эмульсаторов. Однако суммарные эксплуатационные расходы для способа механиче­ ского эмульгирования оказываются все же более высокими.

122

Т а б л и ц а 31

Затраты электроэнергии при различных способах смешивания озоно-воздушной смеси с водой

• Способ косвенного смешивания применен на станции озони­ рования воды в г. Берне (Швейцария).

Выбор способа смешивания озона с водой. Изложенное вы­ ше показывает, что для смешивания озоно-воздушной смеси с водой применяется довольно много различных способов. В од­ ной из работ приводятся данные по затратам электроэнергии в квт-ч на 1000 м3 воды, обработанной озоном при разных спо­ собах смешивания (табл. 31).

Цифры, приведенные в табл. 31, не могут быть признаны абсолютно правильными для всех случаев, тем более что серь­ езным фактором при оценке экономичности способа смешивания является величина потерь озона.

7. РЕКУПЕРАЦИЯ ОЗОНА И ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ЗАГАЗОВАННОСТИ АТМОСФЕРЫ И ПОМЕЩЕНИЙ

Рекуперация озона — использование непрореагировавшего озона, выходящего из верхней части контактных камер, поз­

потери озона могут достигать 25—35%. Это значит, что в воз­ душный бассейн площадки крупной озонаторной установки, вы­ рабатывающей 2—3 т озона в сутки, может ежесуточно выбра­ сываться 0,5—1 т непрореагировавшего озона. Если площадка

il23

очистных сооружений размещена в условиях недостаточной проветриваемости, то в жаркую погоду или в туман возможно образование «смога» с .высокой концентрацией озона.

Непрореагировав1Ший озон .рекуперируется в первых отсеках барботажных камер, куда поступает еще .не обработаннаяозо­

воздух содержит озон в пределах допустимых концентраций (не более 0,1 мг/м3).

В тех случаях когда озонатор,ная установка находится вбли­ зи ж.нлых массивов, предусматриваются дополнительные меро­ приятия. После рекуперации озона воздух из барботажных ка­ мер отсасывается специальными вентиляторами. Они забирают атмосферный воздух и смешивают его с отработанным. Полу­ ченная смесь выбрасывается через высокий вертикальный стояк в окружающую атмосферу. Вентиляторная установка дублирует систему рекуперации и рассчитывается только на случай .нару­ шения нормального эксплуатационного .режима.

Пример. Расчетная производительность блока первичного озонирования G03 = 150 кг/ч, или 3,6 т/сутки. Количество остаточного озона, поступаю­

щего на рекуперацию, 15 кг/ч» (t!0%). Количество озона в отработанном воздухе после рекуперации С0=3 кг/ч (2%).

Расчет рассеивания озона в атмосфере ведется .по методике П. И. Анд­ реева, а именно: определяется максимальная концентрация озона в атмо­

= 18-450=8.100 нм^/ч.

Количество воздуха для разбавления в соотношении Ь'1,2 принимаем

1 Расчет выполнен инж. В. А. Афанасьевым.

124

Защита персонала от загазованности внутренних помещений.

В зале озонаторов и в помещениях распределительных камер должна предусматриваться приточно-вытяжная вентиляция как постоянно действующая, так и аварийная на случай превыше­ ния допустимой концентрации озона.

Все вентиляционные системы автоматизируются на теп­ ловой режим и на степень загазованности. Включение аварий­ ной вентиляции происходит от газоанализаторов, настраивае­ мых на допустимую концентрацию озона. Управление электро­ двигателями вентиляционных систем предусматривается как местное, так и дистанционное с блокировкой вытяжных и соот­ ветствующих приточных устройств. Вентиляционное оборудова­ ние должно быть принято во взрывобезопасном исполнении.

Для аварийных работ в загазованной среде применяются автономные дыхательные приборы с переносными газоанализа­ торами.

Г л а в а VII

КОМПОНОВКА ОБОРУДОВАНИЯ ОЗОНАТОРНЫХ УСТАНОВОК И РАСЧЕТНЫЕ НАГРУЗКИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

1. КОМПОНОВКА ОБОРУДОВАНИЯ ОЗОНАТОРНЫХ ~ УСТАНОВОК БОЛЬШОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ

Озонирующая установка Мэри сюр Уаз (Франция). Ука­ занная водопроводная станция снабжает водой северный сек­ тор сети, обслуживающий 35 общин с суммарным населением около 400 тыс. человек в пригородной зоне Парижа.

Сооружения станции Мэри сюр Уаз включают: водоприем­ ник, подводящую самотечную галерею, насосную станцию I подъема; реагентное хозяйство; флокуляторы и горизонталь­ ные отстойники; скорые фильтры; установку для озонирования воды; резервуары чистой воды; вспомогательные здания и со­ оружения.

В насосной станции I подъема размещаются по две группы насосов на 100 тыс. и 70 тыс. м3/сутки. Насосы I подъема по­ дают речную воду в бак емкостью 360 м3, оборудованный ско­ ростными лопастными мешалками.' Сюда добавляется двуокись хлора и активированный уголь. Коагулянтом служит хлористое железо. Далее вода поступает в камеры хлопьеобразования, оборудованные лопастными мешалками с медленным враще­ нием (флокуляторы). Продолжительность пребывания воды в камерах 32 мин. Затем вода направляется в горизонтальные отстойники, состоящие каждый из двух коридоров шириной 5 м

125

и длиной 60 м. В вертикальной плоскости отстойник имеет три яруса, отделенных друг от друга двумя промежуточными пере­ крытиями. Это позволяет увеличить полезную площадь отстаи­ вания для каждого блока до 3420 м2, тогда как площадь зани­ маемой территории составляет только 1200 м2. Блок фильтров производительностью 80 тыс. м3/сутки имеет 10 отделений пло­ щадью по 108 м2. Установку для обеззараживания воды озоном обслуживают шесть генераторов озона Велсбах— Трейлигаз марки 2000, имеющие суммарную производительность по озону 12 кг в 1 ч при напряжении тока 20 тыс. в. Следующий блок оборудован тремя генераторами озона фирмы «Трейлигаз» типа CGE-5500, имеющими суммарную производительность по озону

16,5 кг/ч, или 396 кг/сутки.

Рис. 68. Принципиальная гидравлическая схема водоочистной станции Мэри сюр Уаз

охлаждается и осушается на установке для кондиционирования воздуха. Смешивание озоно-воздушной смеси с водой произво­ дится в контактных камерах общей емкостью 900 м3 путем диф­ фузии через пористые керамические трубки, размещенные у дна камеры. Размеры пор позволяют получить пузырьки озона весь­ ма малого диаметра.

Исследования по озонированию воды р. Уазы показали не­ обходимость повышения продолжительности пребывания воды в контактной камере до 16 мин вместо обычно рекомендуемых 5—6 мин. Этим и объясняется, довольно значительная емкость контактной камеры.

На случай выхода из строя озонаторной установки преду­ смотрена возможность дополнительной обработки воды дву­ окисью хлора и активированным углем после прохода воды

на 2,5 ч водопотребления).

На .рис. 68 приведена принципиальная гидравлическая схе­ ма водоочистной станции Мэри сюр Уаз.

В настоящее время во Франции продолжается строитель­ ство крупных станций озонирования воды. К числу их кроме станции Мэри сюр Уаз следует отнести станцию Шуази ле Руа

126

производительностью по озону 1200—1500 кг!сутки и станцию Орли с выработкой озона около 800 кг/сутки.

Озонирующая установка Белмонт (г. Филадельфия, США). Самая крупная в США установка для обработки воды озоном была сооружена на фильтровальной станции Белмонт в г. Фи­ ладельфии. На этой станции половина всего расхода воды под­ вергалась предварительному осветлению в открытых бассейнахотстойниках в течение 20 ч. При повышенной мутности речной воды производилось коагулирование взвешенных веществ серно­ кислым алюминием. Затем для расщепления фенолов, содержа­ щихся в речной воде, отстоенную воду озонировали. После это­ го 50% всей воды проходило через медленные фильтры, хло­ рировалось и самотеком подавалось в разводящую сеть нижней зоны города. Другая половина всего расхода воды направля­ лась по открытому каналу, где в нее добавлялись сернокис­ лый алюминий, известь, активированный уголь и хлор. Затем вода поступала на отстойники и скорые фильтры, после чего перекачивалась насосами в сеть верхней зоны города.

Таким образом, озонированию подвергалась необработан­ ная речная вода, а после ее осветления на отстойниках в филь­ трах производилось хлорирование. Предполагалось в дальней­ шем изменить очередность обработки, а именно: послепредва­ рительного осветления направлять воду на скорые фильтры, озонировать, а затем пропускать еще через медленные фильтры и, наконец, хлорировать.

Следовательно, и в перспективе предусматривалась заклю­ чительная добавка хлора в воду, обработанную озоном. По­ скольку исходная вода содержала фенольные загрязнения, это привело к ограничению роли озонирования до задачи устране­ ния привкусов и запахов воды.

Установка для озонирования производительностью по воде

электронный фильтр, где задерживалась пыль. Затем пятью

-собностыо по 3400 м31ч влагосодержание снижалось до 0,15 г/кг. Охлажденный и осушенный воздух поступал в озонаторы.

Ввод озона в смеси с воздухом в обрабатываемую воду про­ изводился через горизонтальные карборундовые плитки, раз­ мещенные у дна контактной камеры. Вода поступала в камеру сверху с противоположной стороны течения потока озонирован-

ч 1 В мае 1959 г> озонирующая установка Белмонт была демонтирована в связи с улучшением качества исходной воды и увеличением подачи воды со 136 тыс. до 410 тыс. м3/сутки.

127

ного воздуха и выходила снизу. Продолжительность контакта составляла 10 мин при средней дозе озона 1,6 'мг/л (макси­ мальная доза до 4 мг/л). Всего было предусмотрено три кон­ тактные камеры размером 7,6X7,6 м каждая с высотой слоя воды 5,7 м. В озонаторах системы «Велобах» с цилиндриче­

охлаждающая вода, одновременно обеспечивающая: 1) охлаж­ дение трубчатых электродов; 2) охлаждение воздуха при тихом

от сети высокого напряжения. Вторичная обмотка трансфор­ матора была соединена с одной стороны с проводом заземления, а с другой стороны — с изолированной входной клеммой озона­ тора. Эта клемма была присоединена специальными контактами к каждому из электродов высокого напряжения.

Все озонирующие устройства и вспомогательное оборудова­ ние размещались в одноэтажном кирпичном здании размером

16,2X28,6 м..

Установка Белмонт имела 50 озонаторов общей производи­ тельностью 567 кг озона в сутки. Средняя производительность

»освещение, отопление и другие мелкие

Таким образом, строительная стоимость озонирующей уста­ новки, включая все специальное оборудование, составила

128