Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

Преозонирование. Флокулирующее действие озона

Первые попытки использования озона в технике водоподготовки были направлены исключительно на обеззараживание воды. В последние десятилетия получила развитие иная тенденция — использование озона на начальной стадии обработки вод. Этот процесс получил название «преозонирование». В настоящее время предварительному озонированию как методу обработки воды отводится не меньшая роль, чем дезинфекции. Преозонирование рассматривается не как изолированная ступень в последовательности методов технологической схемы очистки воды, а как средство, повышающее степень извлечения различного рода загрязнений на последующих этапах обработки воды, и как метод достижения технико-экономического эффекта.

При преозонировании снижаются цветность, мутность, концентрация органических загрязнений и доза окислителя, необходимая для достижения бактерицидного эффекта. Эффективность удаления загрязнений находится в прямой зависимости от дозы диспергируемого озона. Напротив, продолжительность озонирования оказывает незначительное влияние на показатели качества воды. Продолжительность контакта озона с водой при преозонировании предпочтительно принимать равной 1—2 мин.

На станциях водоподготовки при преозонировании прежде всего достигается флокулирующий эффект, хотя озон и не является флокулянтом в прямом смысле этого слова, так как не действует на заряженные частицы коллоидов. Кроме того, преозонированием (при замене хлорирования на начальной стадии очистки воды) исключается образование токсичных хлорпроизводных.

Под флокуляцией взвешенных веществ, вызванной озонированием, подразумевается явление мицеллизации-демицеллизации. Это явление характерно для вод слабой и средней мутности (озера, водохранилища) и состоит в слабом хлопьеобразовании (коллоидальной мутности); образовавшиеся хлопья могут быть удалены в ходе последующей обработки воды. Коагулирующий эффект озонирования характерен для многих вод, однако при этом необходимо уточнять оптимальную дозу озона, вызывающую микрофлокуляцию. Шалекамп указывает, например, что в зависимости от дозы вводимого озона можно снизить мутность на 20—40%. Для детальной оценки флокулирующего действия озона он подсчитал взвешенные частицы различного размера перед озонированием воды. При дозе озона 1—2 мг/л общее число взвешенных частиц уменьшалось почти в 3 раза, что объясняется флокуляцией (слипанием) частиц малых размеров, образующих макромолекулы. При дозе озона порядка 7 мг/л наблюдался обратный процесс: после озонирования число взвешенных частиц увеличивалось в 1,5 раза, что ухудшало условия их осаждения по сравнению с предыдущим случаем. Подобные результаты при изменении концентрации озона в более широком диапазоне были получены и в опытах на поверхностных водах парижского района (реки Уаза, Сена, Марн) и на воде.

Согласно статистическим данным, во Франции эксплуатируется 10 станций различной пропускной способности, использующих озон как флокулирующий агент, в Германии таких станций четыре, в Канаде — три, в Англии — две. В качестве конкретного примера можно привести станцию водоподготовки в Мюльхайме, где озон дозой 1 мг/л, вводимый перед отстойниками, позволяет без изменения дозы коагулянта уменьшить мутность в 2,5—3 раза. Аналогичную роль играет преозонирование на станциях в Лангенау на Дунае и в парижских пригородах Шуази-ле-Руа и Мери-сюр-Уаз. На каждой из этих станций оптимальные дозы озона различны и составляют соответственно 1, 0,25 и 1,25 мг/л.

Введение озона на начальной стадии обработки воды позволяет уменьшить дозу используемых коагулянтов. На станции Шуази-ле-Руа, например, было достигнуто снижение дозы сульфата алюминия на 20%, а на станции в Анжере — на 17%.

Необходимо отметить, что флокулирующий эффект обеспечивается лишь при интенсивном перемешивании воды в течение нескольких минут в контактной камере перед отстойниками. Для объяснения этого явления Сонтхемер выдвинул гипотезу, что интенсивное перемешивание влияет на кинетику осаждения органических кислот, присутствующих в обрабатываемой воде или формирующихся в процессе озонирования. В связи с этим представляется весьма целесообразным диффундировать озон в воду с помощью вращающихся турбин. Однако сильное перемешивание может вызвать всплывание флокул, поэтому не представляется возможным дать конкретные рекомендации по интенсивности перемешивания. В большинстве случаев необходимая интенсивность перемешивания должна определяться опытным путем.

В некоторых случаях введение озона на начальной стадии очистки позволяет избежать этапа «флокуляция — отстаивание» и перейти непосредственно к фильтрации на скорых фильтрах. Такие схемы обработки характерны для маломутных поверхностных вод, в частности для вод оз. Констанс (станции Констанс и Бодензеевассер-верзоргнунг, Швейцария), водохранилищ Дарден в Тулоне и Шарт-рен в Руане (Франция). Технологические схемы очистки воды подобных станций включают следующие сооружения: микрофильтры, контактные камеры для осуществления процессов мицеллизации-демицеллизации, скорые песчаные фильтры, пост озонирования или хлорирования в целях дезинфекции воды. При последовательном прохождении воды через эти сооружения одновременно со снижением мутности уменьшается цветность и удаляются железо и марганец.

Применение в технологической цепочке двухступенного озонирования (преозонирования и постозонирования) позволяет снизить количество вводимого озона для окисления и обеззараживания воды. Гомелла для сбъяснения этого явления вводит понятие «потребность в озоне», характеризующее количество озона, которое необходимо для достижения вирулицидного эффекта — поддержания в течение 10 минут остаточной концентрации озона в воде 0,4 мг/л. Теоретически им было обосновано, что введение озона на двух этапах обработки с учетом определенной продолжительности контакта должно снизить величину потребности в нем до 30%. Теоретические выкладки были подтверждены экспериментами, проведенными на станции Шуази-ле-Руа: преозонирование воды дозой 0,25 мг/л позволяет уменьшить дозу озона на конечной стадии на 37% (с 3,66 до 2,3 мг/л), не снижая эффект очистки по основным показателям. На уже упоминавшейся нами станции водоподготовки в Анжере при предварительном озонировании воды дозой 0,6 мг/л и обеззараживании ее на заключительном этапе обработки была достигнута 27%-ная экономия окислителя.

Литература

Голышев А.Б., Бачинский В.Я., Полищук В.П., Железобетонные конструкции

Зайцев Ю.В., Строительные конструкции заводского изготовления

Е.Ф. Лысенко, Армоцементные конструкции

С.В. Поляков, Каменная кладка из пильных известняков

В. Ермолов, Пневматические строительные конструкции

Журавлев А.А., Вержбовский Г.Б., Еременко Н.Н., Пространственные деревянные конструкции

А.В. Калугин, Деревянные конструкции

Е.К. Карапузов, Г. Лутц, X. Герольд, Сухие строительные смеси

А.А. Пащенко, Теория цемента

Волков В.А., Сантехника: как все устроено и как все починить

А. Грассник, Бездефектное строительство многоэтажных зданий

Д.С. Щавелев, Гидроэнергетические установки

Д.С. Щавелев, Экономика гидротехнического и водохозяйственного строительства

Гидротехнические сооружения. Ч. I. Глухие плотины

Гидротехнические сооружения. Ч. II. Водосливные плотины

Производство гидротехнических работ

Н.П. Розанов, Гидротехнические сооружения

А. П. Юфин, Гидромеханизация

Термоэлектрические преобразователи энергии

Использование возобновляемой энергии

Бетон и железобетон, избранные статьи

Современное состояние и перспективы развития энергетики