Установки озонирования

Установки серии SF-EE предназначены для глубокого окисления органических и неорганических примесей в исходной воде, а также для её обеззараживания. Позволяют снизить содержание органики, ХПК, ПМО, БПК5, БПК20, нитритов, аммиака до минимального уровня.

Суть технологии заключается в обработке воды дальним ультрафиолетом, благодаря чему в воде образуются короткоживущие ОН-радикалы и озон. Реактор установки серии SF-EE изготавливается из нержавеющей стали в виде цилиндра. Внутрь цилиндра помещена лампа коаксиальной формы, образуя внутри реактора три камеры:

1. ВУФ (ваккумная ультрафиолетовая) камера,
2. воздушная камера,
3. водяная камера.


                Реактор установки SF-EE.png


1) ВУФ камера
Это, непосредственно, сама лампа, сменный элемент установки. В лампу закачан инертный газ ксенон под давлением 300 Торр. При помощи генератора (блок питания) к лампе подводится относительно слаботочный емкостной разряд частотой несколько десятков килогерц, который вызывает барьерный разряд газа. Энергия излучения такого разряда на 90% сосредоточена в узкой полосе монохроматического пучка с длиной волны λ = 172 нм и шириной порядка 10 нм, которая соответствует излучению возбуждённой эксимерной молекулы Xe2*. Энергия кванта такого излучения составляет 7,2 эВ. При поглощении таких квантов распадаются почти все существующие химические соединения. Выбранная форма разряда энергетически позволяет почти всё излучение лампы получать в виде дальнего ультрафиолета, необходимого
для эффективной обработки воды и, что не менее важно, обеспечить значительно больший ресурс лампы и существенно понизить энергопотребление.

Лампа изготовлена из специального кварца, пропускающего требуемый спектр и не утрачивающего своих прочностных и пропускных характеристик в течение всего срока эксплуатации лампы (до 10000 ч). Она имеет коаксиальную форму – внутренняя стенка лампы контактирует с обрабатываемым воздухом (воздушная камера), наружная стенка лампы контактирует с обрабатываемой водой (водяная камера).

2) Воздушная камера
В воздушную камеру подаётся атмосферный воздух, кислород которого под действием дальнего ультрафиолета преобразуется в озон. Воздух подаётся либо под избыточным давлением (напорная аэрация), либо эжектированием (безнапорная аэрация). Процесс наработки озона из кислорода воздуха описывается следующими формулами:

O2 + hʋ = 2O

O + O2 = O3 

  Кроме наработки озона решается также вопрос обеззараживания подаваемого воздуха в магистраль, что не решается в классических схемах аэрации воды (или флотаторах).

3) Водяная камера
В водяной камере наблюдается фотолиз молекул H2O при облучении воды ультрафиолетовым излучением эксимерной молекулы ксенона на длине волны λ= 172 нм (молекулы воды, поглотившие кванты ультрафиолетового излучения, диссоциируют на гидроксил водорода OH* и водород Н). Процесс наработки активных радикалов OH*  описывается следующей формулой:

H2O + hʋ = OH* + H

Количество произведенных радикалов ОН* в воде увеличивается более чем в 3 раза при подаче озоновоздушной смеси на вход установки. Подача озона в обрабатываемую воду осуществляется в камере смешения, расположенной на входе установки. Образовавшаяся в воде смесь активных OH* радикалов и озона O3 превышает простую сумму эффектов при раздельной обработке воды только OH* или O3, т.е.
присутствует эффект синергизма. Так, скорость окисления растворённых органических молекул увеличивается почти в 1000000 раз в сравнении с обычным реакторным озонированием.

Активные OH* радикалы, появляющиеся под воздействием ультрафиолетового излучения, являются короткоживущими и существуют только внутри реактора, окисляя примеси непосредственно внутри реактора.

В воде, выходящей из реактора, присутствует в следовых количествах озон О3, который продолжает участвовать в окислительных реакциях (озон превращается в кислород О2 и в атомарный кислород O, который, обладая мощной окислительной способностью, окисляет загрязнения).

На этом действие технологии SF-UVF не заканчивается. Активные OH* радикалы в воде инициирует цепные реакции окисления удаляемых из воды примесей за пределами реактора. Суть цепной реакции  заключается в том, что на базе органической или биологической частицы-загрязнителя, например, углеводородов, образуется активная частица – переносчик цепи. В каждом звене цепи – реакции исходного вещества с активной частицей образуются продукты реакции и новая активная частица, идентичная первоначальной. В такой последовательности реакций небольшое количество активных частиц может привести, в конце концов, к полному расходованию исходных веществ и образованию конечных продуктов.

Цепное окисление углеводородов. На стадии инициирования цепной реакции окисления углеводородов в воде часть его валентнонасыщенных молекул становятся активными радикалами – перекисными (RO2*), алкосильными (RO*), алкильными (R*). Процесс инициации происходит внутри реактора и описывается следующими формулами:

H2O + hʋ = OH* + H

R + OH* = R* + H2O

Далее, когда вода выходит из реактора, цепная реакция продолжается:

R* + O2 => RO2* + RH => ROOH + R* => RO2* + M = R* + CO2 + M

Скорость распада гидропероксидов ROOH мала при температурах до 100оС. Поэтому на начальной стадии, в зоне реактора, окисление протекает по схеме неразветвленной цепной реакции. При этом в накопительных объемах (например, внутри фильтров, в бассейнах или резервуарах) происходит накопление концентрации гидропероксидов, сносимых потоком воды из зоны реактора. По мере роста концентрации ROОH скорость их распада возрастает, что приводит к развитию вырожденных разветвленных цепных реакций окисления. Механизм протекания цепных реакций описал Нобелевский лауреат, академик Н.Н.Семёнов. В цепи разветвления распадающиеся гидропероксиды сами становятся источниками частиц-инициаторов цепи:

ROOH => RO* + OH*

Последующее быстрое образование переносчика цепи R* происходит в результате реакций:

RO* + RH => ROH + R*

OH* + RH => H2O +R*

Обрыв цепи наблюдается при соединении двух активных радикалов при отсутствии окисляемых примесей:

RO2* + RO2* => R’CO + ROH + O2

Цепное удаление биослизи и микроорганизмов. В реакторе происходит разрушение клеточных мембран биологических (микробиологических) загрязнений, а остатки мембран частично окисляются. В результате в воде образуются поверхностно-активные вещества биологического происхождения ("био-ПАВ"). Они в отличие от синтетических ПАВ не токсичны, проявляют свою активность на поверхности раздела фаз жидкость/твердое тело. По своей структуре схожи с мембранами клеток микроорганизмов, являясь продуктами их распада. В потоке воды "био-ПАВы" адсорбируются на клеточных мембранах живых микроорганизмов, вызывая их разрушение и их отщепление от стенок трубопроводных магистралей и резервуаров (бассейнов).

Цепное удаление иных загрязнений. По описанным выше механизмам происходит цепное разложение широкого спектра органических, минеральных и биологических загрязнений: галогенуглеводороды (винилхлорид, дихлорэтан, трихлорэтилен, перхлорэтилен, хлорбензол, хлорфенолы, полихлорированные бифенилы), ароматические (бензол, толуол, ксилол, этилбензол) и полициклические (нафталин, антрацен, пирен, бензопирен) углеводороды, гербициды (атразин, пропазин, бромазил), другие вредные соединения (фенолы, спирты, альдегиды, масла, жиры, карбоновые кислоты и т.д.). Обычно реакции идут до полной минерализации органических соединений, наблюдается также детоксикация ряда неорганических соединений (нитриты, цианиды, гидразин и т.д), эффективно окисляются растворённые металлы (железо, марганец и т.д.) в любой форме.


Галерея Галерея Галерея Галерея