8947
.pdf1
МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
А.Л. Васильев, Э.А. Кюберис, Е.В. Воробьева, О.В. Кащенко, М.О. Жакевич, С.В. Кулемина
ОЧИСТКА ПРИРОДНЫХ ВОД. ОЗОНИРОВАНИЕ В ВОДОПОДГОТОВКЕ.
РАСЧЕТ И ПОДБОР ОЗОНАТОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Учебно-методическое пособие по выполнению курсового проекта
для обучающихся по дисциплине «Очистка природных вод» направлению подготовки 08.03.01 Строительство, направленность (профиль) Водоснабжение и водоотведение
Нижний Новгород
2022
2
МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
А.Л. Васильев, Э.А. Кюберис, Е.В. Воробьева, О.В. Кащенко, М.О. Жакевич, С.В. Кулемина
ОЧИСТКА ПРИРОДНЫХ ВОД. ОЗОНИРОВАНИЕ В ВОДОПОДГОТОВКЕ.
РАСЧЕТ И ПОДБОР ОЗОНАТОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Учебно-методическое пособие по выполнению курсового проекта
для обучающихся по дисциплине «Очистка природных вод» направлению подготовки 08.03.01 Строительство, направленность (профиль) Водоснабжение и водоотведение
Нижний Новгород ННГАСУ
2022
3
УДК 628.16
Васильев А.Л. / Очистка природных вод. Озонирование в водоподготовке. Расчет и подбор озонаторного оборудования: учебно-методическое пособие / А.Л. Васильев, Э.А. Кюберис, Е.В. Воробьева, О.В. Кащенко, М.О. Жакевич, С.В. Кулемина; Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет. – Нижний Новгород: ННГАСУ, 2022. – 59 с. – Текст: электронный.
В учебно-методическом пособии излагаются сведения об оборудовании, применяемом для получения озоно-воздушной смеси на водопроводных станциях. Рассмотрены вопросы аппаратурного оформления, а также расчет и подбор озонаторного оборудования.
Предназначено для обучающихся в ННГАСУ для выполнения курсового проекта по дисциплине «Очистка природных вод» направлению подготовки 08.03.01 Строительство, направленность (профиль) Водоснабжение и водоотведение.
© А.Л. Васильев, Э.А. Кюберис, Е.В. Воробьева, О.В. Кащенко
М.О. Жакевич, С.В. Кулемина, 2022 © ННГАСУ, 2022
4
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение………………………………………………………………………...5
1.Озон и его свойства………………………………………………………….5
2.Получение озоно-воздушной смеси. Схема синтеза озона……………...7
3.Аппаратурное оформление процесса озонирования………………………8
3.1.Блок компремирования………………………………………………….10
3.2.Аппаратура для воздухоподготовки…………………………………….10
3.2.1.Воздухосборники……………………………………………………….10
3.2.2.Влагоотделители ФВОВ……………………………………………...12 3.2.3. Холодильные машины………………………………………………...14 3.2.4. Осушители воздуха…………………………………………………….16 3.3. Классификация оборудования для производства озона……………….19
3.3.1.Термины и определения …………………………………………….....19
3.3.2Сырье для производства озона ………………………………………...21
3.4. Озонаторы ООО «Курганхиммаш»…………………………………….21 3.4.1. Промышленные озонаторы «П»……………………………………….21
3.4.2 Система контроля и управления промышленных озонаторов «П»….38
3.4.3.Диспергаторы «Д-300» …………………………………………….
4.Аппараты смешения озоно - воздушной смеси с водой………………29
5.Аппараты каталитического разложения озона…………………...............36
6.Расчет и подбор озонаторного оборудования…………………………….44
6.1.Расчет и подбор блоков компремирования, воздухоподготовки и озонаторов…………………………………………………………………..44
6.2.Расчет и подбор контактной камеры озонирования барботажного типа…………………………………………………………………………….45
6.3.Расчет эжектора………………………………………………………...48
7.Требования, предъявляемые при проектировании озонаторных станций.
Арматура, материалы…………………………………………………………55
Cписок литературы……………………………………………………………58
5
Введение
Озонирование является одним из наиболее перспективных методов глубокой очистки природных и сточных вод. Эффективность озонирования в технологических процессах подготовки питьевой воды доказана многолетней практикой применения этого метода в производственных условиях. За последние годы озонирование широко внедряется в процессы очистки промышленных сточных вод. Обладая высоким окислительным потенциалом, озон обеспечивает возможность решения широкого круга технологических задач по окислению минеральных и органических загрязнений -
обесцвечиванию, дезодорации и обеззараживанию. Комплексный характер воздействия озона на минеральные и органические загрязнения воды позволяет успешно решать сложные вопросы доочистки промстоков с обеспечением их повторного использования в технологических процессах, очистки природной воды от цветности, привкусов и запахов, органических загрязнителей, попадающих в водоемы со сточными водами и в результате смыва с сельскохозяйственных угодий и т.д.
В методических указаниях даны рекомендации по расчету и подбору технологического оборудования, предназначенного для очистки природных вод озонированием.
1. Озон и его свойства
Озон (О3) – простое вещество (аллотропная форма кислорода) с характерным запахом, обладающее высокой окисляющей способностью, дезинфицирующими и дезодорирующими свойствами. Международный регистрационный номер озона № CAS 10028-15-6. Вследствие особенностей молекулярного строения, озон нестабилен: под действием тепла или при соприкосновении с органическими веществами он разлагается с образованием кислорода, уничтожая в результате окисления различные микроорганизмы. Он воздействует как на окислительно-восстановительную систему
6
бактерий, так и на их протоплазму. Этим можно объяснить его стерилизу-
ющие и дезинфицирующие свойства.
В таблице 1 показана сравнительная эффективность действия озона и других окислителей на загрязнители, присутствующие в природной воде.
Таблица 1
Загрязнители |
|
|
Окислители |
|
|
|
озон |
хлор |
окись |
перманганат |
кислород |
|
|
|
хлора |
|
|
Железо |
+++ |
++ |
++ |
+ |
++ |
Марганец |
+++ |
+ |
+ |
+++ |
0 |
Цветность |
++ |
+ |
+ |
0 |
0 |
Запах |
+++ |
+ |
+ |
0 |
+ |
Привкус |
+++ |
+ |
+ |
+ |
+ |
Аммоний |
0 |
+ |
0 |
0 |
0 |
Органические за- |
+ |
+ |
+ |
0 |
0 |
грязнители |
|
|
|
|
|
Восстанавливающие |
++ |
++ |
++ |
+ |
0 |
Биоокисляемые |
++ |
0 |
0 |
0 |
0 |
Обеззараживающие |
++ |
++ |
++ |
+ |
0 |
где: +++ – высокое действие; |
|
|
|
++ – удовлетворительное действие; + – малое действие; 0 – не действует
Таблица 2
Сравнение озона по электрохимическому окислительному по-
тенциалу (ЭОП) с другими окислителями
Окислители |
ЭОП |
Отношение ЭОП |
|
|
окислителей к ЭОП озона |
Фтор |
3,06 |
1,47 |
Гидроксил-радикал (ОН) |
2,8 |
1,34 |
Кислород атоммарный |
2,42 |
1,16 |
Озон |
2,07 |
1,0 |
Перекись водорода |
1,78 |
0,85 |
Перманганат калия |
1,51 |
0,72 |
Гипохлорит |
1,49 |
0,71 |
Хлор |
1,36 |
0,65 |
Диоксид хлора |
1,27 |
0,61 |
Кислород моллекулярный |
1,23 |
0,59 |
7
В таблице 3 показан специфический коэффициент летальности мик-
роорганизмов при действии озона и других дезинфицирующих средств при температуре воды 5 .
|
|
|
|
|
Таблица 3 |
|
|
|
|
|
|
Микроорганизмы |
Коэффициент летальности, л/мг мин |
||||
|
для различных дезинфектантов |
|
|||
|
Свободный |
Хлорамин |
Диоксид |
|
Озон |
|
хлор |
рН=8…9 |
хлора |
|
рН=8…9 |
|
рН=6…7 |
|
рН=6…7 |
|
|
Коли-индекс |
92,2…135,6 |
0,026…0,048 |
6,15…11,5 |
|
230,5…3408 |
Поливирусы |
1,84…4,19 |
0,0012…0,006 |
0,69…23,1 |
|
23,1…46,1 |
Ротавирусы |
92,2…461 |
0,0007…0,0012 |
2,20…23,1 |
|
76,8…768 |
Цисты лямблий |
0,031…0,98 |
0,002 |
0,18 |
|
7,68…9,22 |
Цисты зрелых лямблий |
0,0073…0,15 |
0,003 |
0,25…0,64 |
|
2,31…2,56 |
Криптоспоридии |
0,0006 |
0,0003 |
0,03 |
|
0,46…0,92 |
Чистый озон взрывоопасен. При концентрации его в озоно-
воздушных и кислородо-озонных смесях до 180 г/м3 абсолютно безопасен при любых воздействиях: нагрев, удар, реакция со следами органических соединений.
Озон относится к веществам 1 класса опасности по ГОСТ 12.1.007-
76, который устанавливает предельно-допустимую концентрацию (ПДК)
озона в рабочей зоне 0,1 мг/м3.
2. Получение озоно-воздушной смеси. Схема синтеза озона
Практическое значение имеют три основные системы получения озона:
-работающая на воздухе;
-работающая на воздухе, обогащенном кислородом;
-работающая на кислороде.
В каждом конкретном случае с учетом местных условий, стоимости производства кислорода, транспортных расходов, экономических показа-
8
телей по установке в целом решается вопрос об использовании той или иной системы. Наиболее широко применяется система, работающая на воздухе. Ее и рассмотрим подробнее.
Процесс получения и дальнейшего использования озона традицион-
но разбивается на четыре этапа:
1)компремирование воздуха;
2)очистка и обезвоживание воздуха;
3)синтез озона;
4)растворение озона в воде.
От совершенства технического решения этих четырех этапов, типа применяемого оборудования зависит надежность, долговечность и эконо-
мичность работы озонирующих установок. Так как эффективность работы аппаратов, вырабатывающих озон, зависит от качества поступающего газа,
то последний должен быть обеспылен по 1 классу, не должен содержать паров масла, должен быть осушен до точки росы - 50 - 55°С.
3. Аппаратурное оформление процесса озонирования
Отечественная промышленность выпускает все необходимое обору-
дование для обеспечения эффективной работы озонаторных станций. Ниже приводятся данные по серийному оборудованию, выпускаемому основным производителем озонаторного оборудования ОАО "Курганхиммаш" г.
Курган [1,2].
Общие требования при выборе типа промышленного оборудования должны сводиться к следующим положениям:
1.Обеспечение надежности работы установки и техники безопасно-
сти при ее эксплуатации.
9
2.Использование возможности максимальной автоматизации уста-
новки.
3.Получение оптимальных технико-экономических показателей ра-
боты установки в целом.
Типовая схема синтеза озона и озонирования воды включает глуши-
тель шума с фильтром, компрессор с концевым холодильником, влагоот-
делитель, холодильную машину, блок осушки воздуха, ресиверы сжатого и осушенного воздуха, озонатор, контактный аппарат, а также аппарат раз-
ложения остаточного озона (рис. 1).
Рис.1. Типовая схема синтеза озона и озонирования воды
1 – глушитель; 2 – воздушный фильтр; 3 – компрессор; 4 – концевой холодильник; 5 – воздухосборник; 6 – теплообменник; 7 – влагоотделитель; 8 – блок осушки воздуха; 9 – регулятор давления; 10 - генератор озона; 11 – контактная камера; 12 – нейтрализатор озона; 13 – пост контроля загазованности; 14 – система диспергации; 15 – пост контроля выброса в атмосферу; 16 – вентилятор; 17 – атмосферный воздух; 18 – очищенный воздух; 19 – озоно-воздушная смесь; 20 – отработанная озоно-воздушная смесь; 21 – озоно-воздушная смесь после разложения
10
3.1. Блок компремирования
Для подачи воздуха в напорных схемах целесообразно использовать компрессоры, обеспечивающие отсутствие в газовой смеси смазочных ма-
териалов. Характеристика устройств приведена в табл.1.
Таблица 4
Техническая характеристика стационарных поршневых компрессоров
|
|
Давле- |
|
Мощ |
Охл. |
|
|
|
Модель |
Без |
|
- |
|
|
|||
Производитель- |
вода, |
Габариты, |
Вес |
|||||
компрес- |
смаз- |
ние, |
ност |
|||||
ность, м3/мин |
л/ми |
д×ш×в, мм |
, |
|||||
сора |
ки |
кгс/см2 |
ь, |
|||||
|
н |
|
|
|||||
|
|
|
|
кВт |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||
2ВМ4- |
без |
|
|
|
|
3565×1500×10 |
425 |
|
смаз- |
3 |
54 |
160 |
27 |
||||
54/3C |
70 |
0 |
||||||
ки |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||
2ВМ4- |
без |
|
|
|
|
3740×1485×23 |
|
|
смаз- |
9 |
24 |
137 |
110 |
58 |
|||
24/9С |
00 |
|||||||
ки |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
||
2ВМ4- |
без |
|
|
|
|
4200×1670×24 |
525 |
|
смаз- |
25 |
15 |
140 |
68 |
||||
15/25СМ1 |
80 |
0 |
||||||
ки |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
Аппараты оборудованы автоматикой защиты и сигнализации по ос-
новным его параметрам.
Кроме шкафа управления в комплект входит концевой холодильник ХПК, предназначенный для охлаждения воздуха от 140 до 30ºС. В случае отсутствия в комплекте холодильника ХПК можно применить в их каче-
стве теплообменники ТАК. Для сглаживания пульсаций в воздушной сме-
си после компрессора и концевого холодильника устанавливается ресивер.
3.2. Аппаратура для воздухоподготовки
3.2.1. Воздухосборники
Воздухосборники (ресиверы) предназначены для выравнивания дав-
ления сжатого воздуха, смягчения пульсаций, а также для обслуживания системы автоматического регулирования производительности компрессора
(рис.2). Для хранения запасов подготовленного осушенного воздуха вто-