Новые подходы к разработке технологии очистки и обеззараживания воды с применением озонирования и кавитации

Показана высокая эффективность применения озонирования в сочетании с кавитацией при удалении из воды железа, марганца, органических веществ. Приведена упрощенная схема водоочистной станции, представлены результаты технологических испытаний. Предложен механизм химических процессов, протекающих при обработке воды. Он включает окисление ионов железа и марганца, гидролиз, формирование коллоидных частиц и их коагулирование.

Подземные воды как менее подверженные антропогенному загрязнению шире привлекаются для производственных и хозяйственно-питьевого водоснабжения. Их обработка перед использованием традиционно включает аэрацию, фильтрование, хлорирование, что не всегда позволяет получить желаемое качество воды.

Анализ регламентов работы большого числа предприятий водно-коммунального хозяйства, обеспечивающих хозяйственно-питьевое водоснабжение в Томской, Новосибирской, Кемеровской, Тюменской областях и Ханты-Мансийском автономном округе, показал, что в водоподготовке доминирует упрощенная аэрация, отстаивание и фильтрование с использованием скорых фильтров, при этом эффективность удаления многих загрязнителей невысока. В сельской местности большая часть населения употребляет воду, не соответствующую санитарно-гигиеническим нормам по ряду показателей (содержание железа, марганца, аммонийного азота, кремния и др.), так как должная водоподготовка отсутствует.

Складывается тенденция отказа предприятий от использования централизованного водоснабжения и перехода на собственные скважины, что экономит значительные средства. Охарактеризованная ситуация показывает востребованность надежных и эффективных локальных водоочистных комплексов для мелко- и среднемасштабных потребителей. Такая задача была поставлена и реализована при разработке станций очистки и обеззараживания воды серии "Надежда" производительностью от 12 до 400 м3/сутки. В основе технологии станций лежит метод озонирования в сочетании с кавитацией. На заключительном этапе из воды отфильтровываются все перешедшие в осадок загрязнители.

В статье представлены некоторые материалы опытно-конструкторских работ авторов и приведены результаты, полученные при технологических изысканиях в производственных условиях и эксплуатации станций на ряде скважин в Томской области.

Основными требованиями к водоочистным сооружениям, аппаратуре, устройствам являются:
1. Уничтожение патогенной микрофлоры;
2. Устранение запахов, мутности, цветности;
3. Удаление ионов тяжелых металлов;
4. Устранение токсичных органических соединений;
5. Гарантия отсутствия вторичного загрязнения в результате протекающих при обработке воды физико-технических процессов;

Эти условия выполняются в описанной в статье технологии обработки воды при сочетании озонирования, кавитационного воздействия и фильтрования, как показано на рис. 1.

Для повышения эффективности удаления из воды загрязняющих веществ, способных к окислению и деструкции, с последующим осаждением и сорбцией продуктов реакций, протекающих при этом, необходимо эффективное диспергирование озона в воде и обеспечение достаточных скоростей диффузии. Это достигается следующим образом.

Исходная вода подается в узел аэрации 1. В зависимости от качественного и количественного состава загрязнителей в исходной воде задается необходимое для окисления примесей содержание озона, подача которого в смеси с воздухом происходит через эжектор. Эжекционный метод введения газа использован для наилучшего диспергирования озона. В камерах 2,3,4 происходит дальнейшее окисление, сначала легко, а затем - более трудно окисляемых загрязнителей воды. Этому способствует многократная циркуляция воды с интенсивным насыщением ее кислородом и озоном благодаря эжектору и кавитационному устройству, действие которого описано ниже. Циркуляция воды осуществляется с помощью насосов с низким энергопотреблением. Одновременно происходит удаление из воды растворенных газов, таких как СО2, H2S, NH3, CH4. Затем вода подается на фильтр 5 оригинальной конструкции, где освобождается от перешедших в осадок загрязнителей. Фильтр заполнен зернистой загрузкой (песок, альбитофир и тп.) и периодически автоматически промывается. Частота промывки устанавливается также автоматически, с помощью системы управления на основании показаний специальных манометров и датчиков.

Если исходная вода не содержала опасных токсикантов, то после фильтра вода, поступившая в накопитель чистой воды 7, используется потребителем. В случае, если есть вероятность того, что химический состав воды после озонирования и фильтрования улучшен недостаточно, в систему подключается узел дополнительной сорбционной очистки 6. Сорбционная колонна представляет собой фильтр с картриджем из металлокерамики, полученный СВС-синтезом. Это высокопористый материал на основе оксидно-карбидной системы Al2O3 +TiC + FeTiAl, изготовленный с использованием лейкоксен-рутил-ильменитового сырья по технологии [1].

Все элементы узлов, включая корпусы, систему трубопроводов, вспомогательное оборудование, изготовлены из долговечных материалов (нержавеющая сталь, полимеры), что обеспечит высокую коррозийную стойкость станции.

В технологии исключено всякое использование химических реагентов (за исключением озона), минимизирован расход воды на промывку фильтра. Очистка воды полностью автоматизирована. Система контроля выполнена на высоком техническом уровне (построена на основе использования бесконтактных систем включения/выключения исполнительных устройств, компьютерного управления и связи, новых приборов контроля). Наличие внутреннего компьютера обеспечивает полную диагностику работы всех устройств, анализ состояния станции, подстройку режимов работы, автоматический режим работы при аварийных ситуациях. С целью дистанционного контроля и надзора за работой станции компьютер подключен к телефонной линии связи. Предусмотрен также режим ручного управления.

технологии очистки и обеззараживания воды с применением озонирования страница 2