Файл: Кожинов В.Ф. Озонирование воды.pdf

Рис. 36. Принципиальная технологическая схема озонирующей установки

рования обеззараженная вода направляется в резервуар чистой воды по трубе 19.

Доза озона обычно колеблется от 0,8 до 4 мг/л в зависи­ мости от качественных показателей исходной воды.

Для контроля за качественной стороной технологического процесса обработки воды служит измерительная аппаратура, выполняющая непрерывную автоматическую запись дозы озо­ на, поступившей в воду.

2. ЭЛЕКТРОСИНТЕЗ ОЗОНА

Озон получается синтетически, действием '«тихого» электри­ ческого разряда на пропускаемый через генератор воздух или

Рис. 37. Размещение электро­ дов- и диэлектрика в пластин­ чатом озонаторе

Рис. 38. Размещение электродов и диэлектрика в трубчатом озо­ наторе

/ — зона тихого разряда; 1 — трубка из нержавеюще;! стали (электрод низ­ кого напряжения); 2 — стеклянная трубка (электрод высокого напряжения)

кислород. Термин «тихий» разряд не вполне правилен, так как в действительности имеет место «лучистый» разряд. Следова­ тельно, генератор озона представляет собой фактически излу­ чатель, состоящий игг двух электропроводимых поверхностей — электродов, расположенных через небольшой интервал друг от друга. Конструктивно электроды выполняют в виде двух парал­ лельных пластин (рис. 37) или двух концентрично размещен­ ных цилиндров разного диаметра (рис. 38). К внутренней по­

70

верхности юдиого из электродов,, а иногда и к поверхности обоих электродов плотно прикреплен диэлектрический материал, ко­ торый должен иметь возможно большее удельное поверхностное сопротивление и диэлектрическую постоянную. В большинстве случаев в качестве диэлектриков используют обычное или бор­ но-силикатное стекло. Слой такого материала служит диэлектри­ ческим барьером; он исключает образование разрядов искро­ вой или дуговой формы и обусловливает равномерную структуру разряда. Одновременно диэлектрик выполняет роль реактивного буферного сопротивления, ограничивающего ток в цепи разря­ да. Присутствие в электрической цепи диэлектрического сопро­ тивления вызывает необходимость обязательного питания озонатора только переменным током.

Между диэлектриком Д (рис. 39, а) й противоположным электродом Э или между обоими диэлектриками (рис. 39, б) оставляется воздушная прослойка Я. Возможно также разме­ стить один диэлектрик посредине между двумя воздушными прослойками, так как это показано на рис. 39, в. Здесь же имеется трансформатор Т, обслуживающий озонирующую уста­ новку. Если присоединить электроды к источнику переменного тока высокого напряжения Т, то в промежуточном простран­ стве Я возникает интенсивный лиловый свет. Он представляет собой видимое проявление тихого электрического разряда. Если через этот разряд пропускать кислород, то начнется образование озона. Практически через источник тихого разряда чаще всего пропускают атмосферный воздух, предварительно прошедший глубокую осушку до влагосодержания не более 0,05 г/м3. Ис­ пользуется также чистый кислород, в частности при решении некоторых задач в химической промышленности.

Разряд характеризуется двумя весьма различными темпера­ турами: электронной и молекулярной. Поскольку движение электронов является более быстрым, чем движение молекул, то и соответствующая ему температура достигает 10—20 тыс. °С. Это создает условия для интенсивной бомбардировки молекул кислорода, в результате которой и создаются молекулы озона. Так как молекулярная температура разряда находится в преде­ лах лишь нескольких десятков градусов, то образовавшиеся моле­ кулы озона сохраняют устойчивость. Как указывалось выше, тихий разряд сопровождается тепловыделением, а это требует охлаждения электродов и диэлектриков во избежание повреж­ дения последних. Одновременно достигается и охлаждение поля «тихого» разряда, необходимое для предотвращения прежде­ временного разрушения образовавшегося озона, поскольку с по­ вышением температуры значительно ускоряется расщепление озона в разряде.

Количество озона, образующегося в .генераторе, прямо про­ порционально мощности, расходуемой при разряде, если кон­ центрация озона и температурные условия остаются постоян­

71

ными. В связи с тем что 85—95% потребляемой электроэнергии затрачивается на тепловыделение, в месте разряда возможно повышение температуры, если не обеспечить необходимого ох­ лаждения. -В связи с этим количество электроэнергии, которое затрачивается на получение разряда, строго ограничивают [49].

Производительность озонатора может возрастать с увеличе­ нием подводимой мощности, но до предела, зависящего от системы охлаждения. Пропорциональность изменения произво­ дительности будет нарушена, если не выдержать условие постоян­ ства концентрации озона. Во избежание этого необходимо одно­ временно с повышением мощности увеличить и количество воздуха, проходящего через озонатор.

Исследования, проведенные во Франции, позволяют опреде­ лить количество вырабатываемого озона G 03 в функции от мощ­

один элемент озонатора количество производимого озона со­ ставляет 6,2—9,4 г/ч, расход воздуха 0,2—0,5 м3/ч, а скорость прохода его через разрядное пространство 0,08—0,2 м/сек.

Для озонатора марки Шуази-7500 при подводимой мощности 20 кв количество вырабатываемого озона на один элемент рав-

72

но 14,9 г1ч, расход воздуха составляет 0,в м3/ч, а скорость его прохода через разрядное пространство 0,3(1 м/сек. Надо иметь в виду, что чрезмерное повышение расхода воздуха, а следо­ вательно, и скорости его прохода через разрядный промежуток ведет к замедлению роста производства озона. Энергетический к. п. д. зависит от концентрации озона в озонированном воз­ духе. В настоящее время на практике используются озонаторы, создающие концентрации от 10 до 25 г/м3. Оптимальный энер­ гетический к. п. д. соответствует концентрации около 14 г/м3. Вес 1 л озона (табл. 18) составляет

Потребление электроэнергии Э в вт-ч на 1 г озона опреде­

Изменение величины Э в диапазоне концентрации от 10 до

20г/м3 является незначительным, что видно из табл. 19. Средняя величина энергетического к. п. д. составляет около

21квт-ч/кг озона, из которых 15% расходуются вспомогатель­ ной аппаратурой (компрессорами, установками кондициониро­ вания воздуха и циркуляции охлаждающей воды).

Заметное влияние на производительность озонатора оказы­ вает влажность воздуха или кислорода, используемых для обра­ зования озона. Даже небольшое количество влаги (около 0,02— 0,03 .«г воды на 1 л воздуха) уже существенно отражается на

73

Т а б л и ц а 19

Потребление электроэнергии в зависимости от концентрации озона

Потребление

электроэнергии

духа или кислорода серьезно понижает выход озона и ведет к перерасходу электроэнергии. На рис. 41 показано влияние влаж­

высоких мощностей (25—34 кет) это соотношение уменьшается до 1,8—4,6. При малой мощности (15 кет) увеличение влажно­ сти оказывается наиболее значительным, так как снижает вы­ работку озона в 3 раза.

Эксплуатационные данные целого ряда станций озонирова­ ния воды подтвердили целесообразность снижения влажности до 0,05 г воды на 1 мг сухого воздуха, что соответствует точке росы (—50°С). Подсчитано, что выигрыш на к. п. д. озонатора превосходит увеличение расходов, вызванных более интенсив­ ным предварительным охлаждением воздуха, подаваемого в озонатор. Однако недостаточная осушка воздуха и в этом слу­ чае снижает выход озона на 1 квт-ч затраченной электро­ энергии.

В атмосферном воздухе имеются некоторые примеси (на­ пример водород и окись азота), которые также понижают эф­ фективность озонатора. Анализы показали, что в озонирован­ ном воздухе содержание окиси азота достигает 1% от количе­ ства озона.

Наконец, на производительность озонатора и на величину выхода озона на Г квт-ч затраченной электроэнергии влияет повышение температуры, что требует постоянного охлаждения воздуха и электродов.3

3. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ

ИКОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ ОЗОНАТОРНЫХ УСТАНОВОК

Кчислу таких факторов, но не зависящих от конструкции

74