Принципові технологічні схеми вживання озону і активного вугілля на водоочисних станціях

3. Принципові технологічні схеми вживання озону і активного вугілля на водоочисних станціях

Залежно від якісного і кількісного складу забруднень вододжерела можливі різні варіанти вживання озону в технологічній схемі очищення води (рисунку 3.1 і 3.2). На рисунку 3.1 представлена традиційна схема очищення води з відстійниками і фільтрами, на рисунку 3.2 - схема з контактними освітлювачами. Одноступінчате озонування: використання озону на стадії попереднього окислення води або після коагуляційного її очищення перед піщаними або вугільними фільтрами. Двоступінчате озонування: попереднє озонування і озонування після коагуляційної обробки води. Триступінчате озонування: попереднє озонування, після коагуляційної обробки і озонування після повного очищення води. Первинне озонування (передозонування) проводиться з метою окислення легкоокислюваних органічних і неорганічних забруднень, поліпшення процесу коагуляції, а також для часткового знезараження води. В цьому випадку вихідна вода обробляється невеликими дозами озону. Вторинне озонування води дозволяє здійснити подальше глибше окислення забруднень, що залишилися, і, крім того, підвищує ефективність сорбційного очищення і подовжує термін служби активного вугілля до регенерації, в даному випадку озон вводиться перед піщаними або вугільними фільтрами. Завершальне озонування очищеної води забезпечує повне знезараження і покращує органолептичні показники води. По числу місць введення озону встановлюються контактні камери, в яких відбувається змішення озоноповітряної суміші з водою. Для міських водоочисних станцій зазвичай використовують барботажні басейни; як диспергатори можуть застосовуватися металло-керамічні труби (або пластани) або спеціальні насадки з нержавіючої сталі, що встановлюються на трубопроводах.

Рисунок 3.1 Застосування озону і активного вугілля на станціях з двоступінчастою схемою очищення води

1 - подача річкової води; 2 - первинне озонування; 3 - первинне хлорування (при необхідності); 4 - введення коагулянта; 5 - змішувач; 6 - відстійник (або освітлювач із зваженим осадом); 7 - вторинне озонування; 8 - піщаний фільтр; 9 - вугільний фільтр; 10 - третинне озонування; 11 - вторинне хлорування; 12 - резервуар чистої води; 13 - подача питної води споживачеві

Рисунок 3.2 Застосування озону і активного вугілля для очищення води на станціях з контактними освітлювачами:

1 - подача річкової води; 2 - первинне озонування: 3 - первинне хлорування (при необхідності); 4 - введення коагулянта; 5 - вхідна камера; 6 - сітчастий барабанний фільтр; 7 - контактний освітлювач; 8 - вторинне озонування; 9 - вугільний фільтр; 10 - третинне озонування; 11 - вторинне хлорування; 12 - резервуар чистої води; 13 - подача питної води споживачеві.

Контактні камери можуть працювати як в протиточному, так і в прямоточному режимах, причому при протиточному методі змішення коефіцієнт використання озону підвищується до 0,93 - 0,97. До складу комплекту устаткування озонаторной станції входять: компресори, установки для очищення і осушення повітря, генератори озону, силові енергетичні установки, апарат каталітичного розкладання озону.

4. Технологічна ефективність спільного вживання озону і активного вугілля

Говорити про ефективність будь-якої технології, а тим більше озонуванні і сорбційного очищення води, в загальному вигляді неможливо. В кожному випадку для даного конкретного об'єкту вода природних вододжерел характеризується різними физико-хімічними показниками, різними концентраціями і природою забруднень. Тому судити про ефективність цих методів можна лише для реальних випадків, кожен з яких, до того ж, має і свою схему очищення води[6].

В разі попереднього окислення води озоном можна зменшити концентрацію хлорорганічних з'єднань (ХОЗ). Результати досліджень за визначенням ефективності попереднього озонування води на утворення ХОС (р. Балахна) представлені на рисунок 4.1

Рисунок 4.1 Вплив попереднього озонування води на утворення ХОС в процесі очищення (р. Балахна): 1 - без озонування; 2 - з озонуванням

Як видно з отриманих даних, в результаті попередньої обробки води озоном (доза озону 1,8 мг/л) відбувається окислення (деструкція) деяких органічних сполук - попередників ХОЗ, і концентрація тих, що утворюються при подальшому хлоруванні ХОЗ в очищеній воді істотно менше, ніж в разі обробки хлором неозонованої води. Так, концентрація хлороформу зменшується в середньому на 30–35 %, діхлорбромметана і чотирихлористого вуглецю - відповідно на 80 і 50 %. Крім того, зменшується хлоропоглинаємість озонованої води, у зв'язку з чим знижується (приблизно на 15– 20 %) необхідна для знезараження води доза хлору.

Характерні дані показані на рисунок 4.2, після обробки води, очищеної на фільтрах станції Кемеровського водопроводу. Цими дослідженнями встановлено, що за наявності у воді після фільтру хлороформу в концентрації 0,13 мг/л, його концентрація зменшувалася із збільшенням доз озону і істотно знижувалася після очищення води на вугільному завантаженні.

Рисунок 4.2 Зміна концентрації ХОЗ при обробці води після виробничого фільтру станції озоном і вугіллям (м. Кемерово): 1 - озонована вода; 2 - вода після сорбційного очищення

Дослідження по впливу попереднього озонування на процес подальшої коагуляційної обробки показали, що введення озону зменшує цвітність, каламутність і окислюваність води. Вплив озонування води на протікання процесів коагуляції і освітлення представлений характерними залежностями при очищенні води р. Оки (м. Рязань) на рисунок 4.3. У всіх вивчених випадках після попереднього озонування наголошується істотне зниження потрібної для її очищення дози коагулянту (на 20 - 30 %)

Рисунок 4.3 Вплив попереднього озонування на процес коагуляції і освітлення води (м. Рязань): 1 - без озонування; 2 - з озонуванням (доза озону - 2,5 мг/л)

При встановленні ефективності комплексного очищення води для міст Центральної Європейської частини РФ від різних забруднень: м. м. Ярославль (р. Которосль), Рязань (р. Ока), Володимир (р. Клязьма), Балахна і Котячий (Нижньогородська обл., р. Волга) були розглянуті різні схеми, що включають коагуляцію, попереднє озонування, освітлення води, вторинне озонування і сорбційне очищення.

Було встановлено, що майже у всіх випадках найбільш ефективними по відношенню до таких показників, як каламутність, цвітність, перманганатна окислюваність, ХПК, нафтопродукти, залишковий алюміній, є схеми з двохетапним озонуванням води. Така технологічна схема забезпечувала видалення органічних забрудненні по окислюваності - на 80 - 85 %, по уф-показнику - на 95 - 99 %, по нафтопродуктах - на 90 - 95 %.

Дані по ефективності видалення фенолів води (м. Кемерово) (рис.4.4) Томська, показують, що сорбційне очищення знижувало концентрацію фенолу з 0,009 до 0,0038 мг/л, тобто до рівня близько 4 ГДК. І лише попереднє озонування води дозою 2 - 3 мг/л з подальшим фільтруванням на вугіллі забезпечували повне видалення фенолів. Для видалення з'єднань групи амінів (рисунок 4.4) потрібні підвищені дози озону 5 - 6 мг/л, які з подальшим фільтруванням води через активне вугілля дозволили понизити концентрацію амінів до необхідних величин.

Рисунок 4.4 Видалення фенолів і амінів: 1 - вихідна вода; 2 - озонована вода; 3 - вода після вугільного завантаження

Особливу групу вод складають кольорові води. Вода багатьох північних і сибірських річок (Західна Двіна, Сухона, Вичегда, Олена, Алдан і ін.), ряду озер і водосховищ характеризується малим вмістом суспензії і високою кольоровістю - до 100 - 240 град. Крім того, на території Росії є великі запаси підземних вод (Якутія, Ростовська обл., Краснодарський край), які не використовуються для господарсько-питного водопостачання із-за високої кольоровості.

Останніми роками була досліджена технологія очищення вод середньої і високої цвітності і з використанням спільного вживання процесів озонування і фільтрування через активне вугілля як самостійного методу обробки води. Озонування води дозволяє істотно понизити забарвлення природної води; ефективність озонування представлена на рисунку 4.5 Дози озону, потрібні для очищення води, досить високі і складають 15 - 20 мг/л. При цьому цвітність води після озонування знижується до величини 30 - 35 град, а сорбційне очищення зменшує цвітність до нормованих величин.

Рисунок 4.5 Ефективність очищення кольорових вод озонуванням (р. Приморсько-Ахтарськ Краснодарського краю): 1 - цвітність води; 2 – окислюваність

При озонуванні води постійно перевіряли ефективність її знезараження. Проведені бактеріологічні спостереження, зокрема, в м. Рязані підтвердили високу бактерицидну здатність озону: при дозах озону 3 - 4 міліграми/л колі-індекс в озонованій воді не перевищував 3 (при величині колі-індексу в річковій воді - 100000 - 300000), а середнє мікробне число складало 12 - 15 м. т./мл (у річковій воді - від 1400 до 2300 м. т./мл).

Таким чином, представлені вище приклади, показують найбільш характерні випадки позитивного вживання озону і активного вугілля в технології очищення води, які безумовно не охоплюють всього різноманіття варіантів використання окислювально-сорбційного методу очищення і видалення з води всіх забруднень, що зустрічаються в ній. Проте на практиці наголошуються випадки, коли озонування може привести і до погіршення процесу коагуляції. Так, при очищенні річкової води в р. Калтан (Кемеровська обл.) в період весняного паводку, попереднє озонування погіршувало подальші процеси коагуляції і освітлення, в результаті якість очищеної води не відповідала вимогам стандарту. Отримані результати привели до того, що з схеми очищення було виключено первинне озонування і замінено на введення озону перед фільтрувальними спорудами. При озонуванні деяких вод дози озону істотно впливають на подальші процеси очищення, тобто існує досить вузький діапазон їх оптимальних значень, менше якого озонування неефективне, а при великих дозах наголошується поява суспензії у фільтрованій воді і підвищується концентрація залишкового алюмінію. У ряді випадків озонування води може привести до підвищення концентрації деяких хімічних забруднень, наприклад, фенолів, які можуть утворюватися в результаті неповного окислення ароматичних з'єднань, присутніх у воді. Результати досліджень при озонуванні р. Которосль (м. Ярославль) показують, що концентрація фенолів зменшується або збільшується залежно від якості вихідної води і дози озону.

Крім того, відомо, що в процесі озонування води можливе утворення побічних продуктів, з яких найбільш показним є формальдегід. Тому у всіх дослідженнях по озонуванню постійно контролювали концентрацію формальдегіду в оброблюваній воді, величина якої періодично перевищувала ГДК (0,05 міліграм/л). Проте при подальшому сорбційному очищенні на вугільних фільтрах вміст формальдегіду істотно зменшується.

Необхідно також мати на увазі, що використовувати озон як єдиний знезаражувальний реагент неможливо, оскільки він не володіє пролонгуючою бактерицидною дією. Крім того, при озонуванні води багато органічних забруднень піддаються деструкції, в результаті збільшується кількість біорозкладаних з'єднань, у воді підвищується концентрація так званого «асимільованого органічного вуглецю», який легко засвоюється мікроорганізмами, сприяючи їх життєдіяльності.

Крім того, при озонуванні води багато органічних забруднень піддаються деструкції, в результаті збільшується кількість біорозкладаних з'єднань, у воді підвищується концентрація так званого «асимільованого органічного вуглецю», який легко засвоюється мікроорганізмами, сприяючи їх життєдіяльності. Це створює сприятливі умови для повторного бактерійного забруднення очищеної води у водопровідній мережі.

Тому для надійної роботи водопровідних мереж необхідне остаточне знезараження води проводити хлорвмісними реагентами (хлором, гіпохлоритом натрію - електролітичним або хімічним, хлорамінами) дозами, що забезпечують вміст у воді залишкового хлору на рівні 0,3 - 0,5 мг/л, що гарантує повний знезаражувальний ефект.

Таким чином, завданням цього розділу було показати, що у всіх випадках вживання методів озонування і сорбційного очищення води необхідне проведення передпроектних технологічних досліджень.

Ці дослідження зможуть визначити всі позитивні і можливі негативні моменти вживання озону, і лише вони дозволять встановити ефективність озонування і сорбційного очищення, необхідні дози озону, необхідні місця введення озону, вплив озону на основні процеси очищення води і можливість поєднання озонування з подальшим сорбційним очищенням.