Утилизация остаточного озона

Высокая стоимость методов деструкции не позволяет широко применять повторное использование или утилизацию непрореагировавшего озона. Повторное диспергирование применяется далеко не систематически. поскольку не оправдывает себя из-за относительно небольших концентраций остаточного озона и высоких энергетических затрат на вторичную диффузию (давление газовой смеси, покидающей контактные камеры, равно или чуть превышает атмосферное).

В зарубежной технике озонирования используются два типа систем повторной диффузии — нагнетательная и аспирационная.

К нагнетательной относятся турбовентиляторы и водокольцевые компрессоры, с помощью которых повышается давление воздуха, содержащего остаточный озон, до величины, позволяющей диффундировать его в нижнюю часть контактной колонны при высоте столба жидкости 4—5 м.

В повторно используемом воздухе часто содержится большое количество влаги и пены, что ведет к коррозии воздуховодов и служит источником их загрязнения, а следовательно, повышает сопротивление и снижает производительность систем. Кроме того, нагнетание газовой смеси, сопровождаемое некоторым повышением ее температуры, может привести к сушке и затвердеванию пены, что в итоге вызывает торможение (даже блокировку) оси вращения компрессоров. Поэтому для эффективной и длительной работы турбовентиляторов и компрессоров необходимо пропускать воздух, содержащий остаточный озон, через водяную завесу, разрушающую пену.

При использовании компрессоров для диспергирования озона контактные камеры снабжаются пористыми керамическими пластинами-диффузорами. Размер пор в пластинах зависит от расхода и давления диффундируемого воздуха. Размещение пластин обусловлено габаритами контактной камеры и должно гарантировать равномерное поступление и распределение озона в обрабатываемой воде.

К аспирационной системе повторного диспергирования относятся механические и гидравлические эмульсаторы.

Механический эмульсатор представляет собой полый конический перфорированный цилиндр, погруженный в воду и вращающийся вокруг вертикальной оси. При быстром вращении (3000—4000 мин) в цилиндре создается вакуум, что приводит к всасыванию воздуха, поступающего из камер озонирования. Через перфорацию инжектируемый газ беспрепятственно покидает полый цилиндр, выходя по радиальным направлениям и смешиваясь с массой воды контактной камеры.

Гидравлический эмульсатор представляет собой водяной инжектор, в котором возникает пониженное давление при прохождении потока обрабатываемой воды через сжатое сечение. Суженное сечение эмульсатора соединено с верхней частью камеры озонирования трубопроводом, по которому воздух, содержащий остаточный озон, поступает в эмульсатор (засасывается) и смешивается с водой.

Отечественной промышленностью освоен серийный выпуск инжекторов механических турбинных ИМТ-600 для рекуперации остаточного озона при обработке вод. Инжектор имеет две турбины: внутреннюю — для газа и наружную — для жидкости. При вращении турбин жидкость, в которую погружен инжектор, поступает в наружную турбину и с помощью лопаток с большой скоростью выбрасывается из нее. Поток воды, омывая с двух сторон внутреннюю турбину, создает на ее периферии разрежение. Озоновоздушная смесь из-под перекрытий контактных камер через штуцер и ствол инжектора за счет разрежения поступает во внутреннюю полость внутренней турбины, откуда захватывается потоком воды и в виде газожидкостной эмульсии выбрасывается в массу жидкости. Таким образом, обработка жидкости озоном происходит как в турбине, так и при перемешивании потоков. Другим устройством для диспергирования озоновоздушной смеси в воду является центробежно-распылительная машина. На полой оси вращения этой машины установлены диски-распылители, помещенные в камеру смешения. При установленной линейной скорости вращения дисков-распылителей 42 м/с возникает кавитация, которая способствует лучшему прониканию озонированного воздуха в молекулы растворенных веществ, содержащихся в обрабатываемой жидкости. Подлежащая обработке вода всасывается через полый вал и разбрызгивается вращающимися дисками, образуя при выходе из зазора между дисками тонкую пленку. Проходя между стационарными направляющими, вода распыляется на мельчайшие пузырьки и капельки, которые смешиваются с озонированным воздухом, подсасываемым через боковые патрубки. Озонированная вода по трубопроводу возвращается в емкость.

Преимущество аспирационных систем состоит в том, что они гарантируют достаточно высокий процент перехода остаточного озона из газовой фазы в жидкую. К недостаткам относится то, что через гидравлический эмульсатор, например, должна пропускаться вся масса обрабатываемой воды с давлением 50 кПа. Гидравлические эмульсаторы очень чувствительны к малейшим изменениям расхода воды, а механические потребляют большое количество электроэнергии.

В настоящее время в Европе повторная диффузия озона в обрабатываемую воду осуществляется на станциях водоподготовки Шапель в Руане, Нейли-сюр-Марн, Анжер (Франция) и др.

На станции Шапель в первое отделение камеры преозонирования диффундируется воздух, содержащий остаточный озон, выделившийся не только после контактных камер поста озонирования, но и после второго отделения камеры преозонирования. В качестве системы инъекции в первом отделении камеры используются турбовентиляторы. Аналогичную систему диффузии остаточного озона имеет и станция Нейли-сюр-Марн.

На станции водоподготовки в Анжере проводились фундаментальные исследования по озонированию воды р. Луары на пилотных установках при расходе 25 м3/ч. Повторной диффузии подлежал воздух, выходящий из камер постозонирования. Инъекция воздуха осуществлялась до отстаивания воды для выявления возможностей увеличения эффекта удаления органических загрязнений и после отстаивания (промежуточное озонирование), что позволяло проследить за эффектом обесцвечивания воды при озонировании. Опыты показали, что диспергирование воздуха, содержащего остаточный озон, не только способствует увеличению процента удаления растворенных органических загрязнений, но и ведет к повышению эффекта осветления при последующей коагуляции и отстаивании воды. Наличие в воде небольших концентраций озона, например 1,25 мг/л, позволяет значительно (свыше 60%) снизить ее цветность даже после флокуляции.

Как показывают рассмотренные примеры, повторное использование воздуха, содержащего непрореагировавший озон, характерно лишь для преозонирования, так как концентрации окислителя в воздухе относительно невелики. Мировой практике озонирования пока не известны случаи повторной диффузии озона в целях дезинфекции, т. е. на конечной стадии обработки воды.

Описанные системы повторного использования и деструкции озона не позволяют отдать предпочтение или рекомендовать к немедленному применению тот или иной способ обезвреживания токсичного газа. Критерием выбора метода обезвреживания, очевидно, должно служить количество подлежащей обработке газовой смеси и концентрация в ней озона. Например, при расходе озонированного воздуха 150 м3/ч соотношения стоимостей капиталовложений на основные методы обезвреживания озона составляют следующие величины: метод с использованием гидравлического эмульгирования — в 4 раза, термодеструкция с рекуперацией энергии — в 7,7 раза, а механическое эмульгирование — в 10 раз дороже, чем разбавление с выбросом в атмосферу.

Если в расчетах исходить из потребления электроэнергии при реализации различных способов, то процентное соотношение несколько изменится: 6-12 Вт/ч на 1 м3 воздуха при разбавлении и выбросе газовой смеси в атмосферу; 30 Вт/ч — при термической обработке; 45 Вт/ч — при механическом эмульгировании и 70 Вт/ч — при использовании турбовентиляторов.

Рассмотренные методы обезвреживания озона, безусловно, не являются исчерпывающими. Существует множество других средств борьбы с остаточным озоном, которые, однако, находятся еще в стадии лабораторных исследований: ультрафиолетовое и инфракрасное облучение, каталитические реакции в водной среде и др.

Leave a reply

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>