Кондиционирование Вентиляция Сантехника Отопление
Кондиционирование Вентиляция Сантехника Отопление
СОК СОК
Главное меню
Главная
Новости
СОК онлайн
Рубрики
О журнале
Медиаплан
Реклама
Реклама на сайте
Выставки
Семинары
Контакты
Поиск
Форум
Библиотека
Фотогалерея
Рубрики
Сантехника
Отопление
Кондиционирование
Вентиляция
Энергосбережение
Нормативная База
Объекты
Рекомендуем
Кондиционеры Daikin
Системы воздушного отопления
Тепловые насосы, Телпый пол и Воздушные фильтры
Top100+ :: Teplo.com
c-o-k.ru
Aqua-Term 2013
Кондиционеры, вентиляция, тепловые насосы.

Очистка воды плавательных бассейнов Версия для печати Отправить на e-mail
05.09.2006
АРИСТОВА Н.А., к.т.н., доцент, зав. кафедрой химии Нижнетагильского технологического института УПИ,
ВОРОНЦОВ Ю.В., генеральный директор ООО «ЭДИП»,
ПИСКАРЕВ И.М., к.ф-м.н., вед. научный сотрудник отдела электромагнитных процессов и взаимодействия атомных ядер НИИ ядерной физики им. Д.В. Скобельцына МГУ им. М.В. Ломоносова (НИИЯФ),
УШКАНОВ В.А., вед. электроник отдела электромагнитных процессов и взаимодействия атомных ядер НИИЯФ МГУ


Качество воды плавательных бассейнов должно удовлетворять требованиям санитарных норм [1]. Чтобы выполнить регламент этого документа, необходимо либо постоянно заменять воду, т. е. организовать проточную систему подачи воды питьевого качества из водопровода, либо создать циркуляционную систему с устройствами очистки и обеззараживания воды.

Полный водообмен в такой системе должен осуществляться не более чем за 8 ч, т. е. производительность циркуляционного устройства должна быть 1/8 объема бассейна в час. Перекачивание воды осуществляется насосами соответствующей производительности.

Устройство циркуляции должно осуществлять, как минимум, следующие основные функции: коагуляция взвеси воды, фильтрация, обеззараживание и коррекция рН. Степень обеззараживания никогда не равна 100 %, часть бактерий все равно остается. Кроме того, с пловцов постоянно смываются новые бактерии. Поэтому, при всех способах дезинфекции вода после обработки должна содержать вещества, подавляющие размножение бактерий.

В процессе эксплуатации накапливаются растворимые в воде вещества, которые не могут быть удалены примененной системой очистки. Поэтому в бассейнах, особенно больших, (более 500 м3) рекомендовано постоянно добавлять свежую воду питьевого качества.

Для улучшения отделения взвешенных веществ в воду, поступающую в контур очистки, вводится коагулянт.

Затем вода проходит песчаный и, при необходимости, угольный фильтры. Коррекция рН после обработки осуществляется введением химических реактивов (обычно, кислоты). Основной проблемой является разложение загрязнений и дезинфекция воды. Наиболее широко распространенными методами обеззараживания воды в России являются обработка бактерицидными (УФ) лучами, хлорирование, озонирование. Рассмотрим эти и некоторые другие применяемые в настоящее время способы обеззараживания воды.

Обработка УФ-излучением

Ультрафиолетовое излучение является ионизирующим, однако энергия УФ-фотона не сильно превышает энергию ионизации молекул, так что энергии фотона хватает на возбуждение или ионизацию только одной молекулы, хотя длина пробега излучения в слабо поглощающей среде может достигать 10 см и более. Энергии УФ-фотона хватает на возбуждение или даже разрушение различных молекул, однако для этого длина волны фотона должна совпадать с длиной волны линии поглощения в данном веществе. Если длина волны фотона сильно отличается от длины волны линии поглощения, заметных превращений в химическом составе веществ, растворенных в воде, под действием УФ-излучения не происходит.

Поглощение микроорганизмами определенной энергии УФ-излучения вызывает их гибель. Эта энергия индивидуальна для каждого вида бактерий, однако при дозе излучения 5-11 мДж/см2 можно обеспечить гибель практически всех видов бактерий с вероятностью до 99,9 %. Наиболее оптимальными источниками излучения являются ртутные лампы низкого давления, излучающие на длине волны 253,7 нм. Эффективность обеззараживания (доля погибших под действием УФ- облучения микроорганизмов) пропорциональна интенсивности излучения, мВт/см2, и времени его воздействия, с. Произведение этих двух величин называется дозой облучения, мДж/см2, и является мерой бактерицидной энергии, сообщенной микроорганизму. Минимальная доза УФ-облучения, регламентируемая методическими указаниями Минздрава для обеззараживания питьевой воды, составляет 16 мДж/см2 [2].

Обработка воды в плавательных бассейнах УФ-лучами не получила широкого распространения из-за низкой санитарной надежности: излучение не обеспечивает пролонгированный антимикробный эффект во всем объеме бассейна. Кроме того, под действием УФ-излучения многие соединения, загрязнители воды, не разлагаются, т. е. излучение обладает только антимикробным действием и не обеспечивает очистку воды.

Хлорирование

Хлорирование воды намного более надежно. Для предотвращения быстрого роста числа бактерий в бассейне, согласно санитарным нормам, должна поддерживаться небольшая концентрация хлора (0,2-0,5 мг/л). Поэтому без применения хлора ни один из методов обеззараживания воды не может использоваться. Если хлорирование производится газообразным хлором, то при попадании в воду хлор гидролизуется:
Cl2 + H2O _ HClO + HCl.
Равновесие устанавливается,когда прореагирует примерно 1/3 растворенного хлора. Дезинфицирующим действием обладают молекулярный хлор и ионы ClO-. Ионы ClO- можно вводить в воду не только через газообразный хлор, но и через гипохлориты, например раствор NaClO. Раствор гипохлорита натрия содержит активный хлор, равноценный по своим дезинфицирующим и окислительным качествам чистому хлору. Его применение практически снимает все опасные и вредные производственные факторы, присущие использованию жидкого и газообразного хлора — сильнодействующего ядовитого вещества. К достоинствам применения гипохлорита натрия относится возможность его получения непосредственно на месте потребления путем электролиза дешевого и доступного сырья — поваренной соли NaCl. В настоящее время разработаны и производятся установки получения гипохлорита натрия различной производительности, которые могут быть использованы для хлорирования воды бассейнов (рис. 1).
Image
Ионы ClO- являются сильным окислителем. Тем самым хлорирование обеспечивает разложение окисляющихся примесей воды. При взаимодействии с органическими соединениями ионы ClO- превращаются в ионы Cl+, равновесие приведенной выше реакции гидролиза газообразного хлора смещается влево, и из воды выделяется избыток хлора. Поэтому доза хлора (расход активного хлора на поддержание требуемой концентрации) намного (в разы) превышает содержание хлора в воде бассейна. Обилие органических соединений находится в первую очередь на теле пловца, поэтому пловец в таком бассейне очень остро чувствует запах хлора, образующегося у него под руками. Выделение газообразного хлора при контакте с телом пловца и попадание хлора в нос делает купание в хлорированной воде не слишком приятным занятием.

Озонирование

Более современный, но и более дорогой способ очистки и обеззараживания воды — озонирование. Озон вводится в воду после добавления коагулянта и на выходе песчаного фильтра. Коагулирующим эффектом обладает сам озон, поэтому при озонировании эти реагенты можно не использовать. Озонированная вода проходит затем дегазацию (удаление избыточного озона) и угольный фильтр, в котором происходит удаление загрязнений, выпавших в осадок, и разрушение остаточного растворенного озона. Концентрация озона в воде, необходимая для ее дезинфекции, составляет примерно 1 мг/л, время контакта озона с водой — не менее двух минут. Однако доза озона (количество озона, вводимого на единицу объема) может быть намного больше из-за его расходования на окисление загрязнений. Чем больше пловцов в бассейне, тем больше максимально необходимый расход озона. Минимальную мощность озонатора можно выбрать такой, чтобы обеспечить концентрацию озона в воде не менее 1 мг/л.

Недостатком озона, как дезинфицирующего агента, является его малое время жизни (в чистой воде — не более часа). Поэтому при озонировании в воду нужно дополнительно вводить вещества, подавляющие размножение бактерий. Такими веществами могут быть активный хлор и перекись водорода (активный кислород). Таким образом, после озонирования все равно необходимо хлорирование. Минимальное содержание остаточного хлора должно быть 0,2 мг/л. Только расход хлора будет в десятки раз меньше, чем при хлорировании, и его запах практически не будет ощущаться.

Озон является более сильным окислителем, чем хлор, поэтому степень очистки воды при озонировании существенно выше, чем при хлорировании. Однако озон — селективный окислитель, есть много соединений, которые практически не разлагаются озоном. Озонирование по многим показателям превосходит хлорирование:
  • озон обладает более высоким окислительным потенциалом, чем хлор, поэтому бактерицидное действие озона сильнее;
  • озон реагирует в 15-20 раз быстрее хлора;
  • при озонировании возрастает содержание растворенного в воде кислорода, что способствует возврату очищенной озоном воде свежести, характерной для чистых природных источников.

К недостаткам озона можно отнести неполное окисление органических веществ и возможность накопления в воде карбонильных соединений (альдегидов). Озон хорошо окисляет фенол, однако окисление мочевины, накапливающейся в плавательном бассейне (концентрация мочевины может достигать 10-4 моль/л), происходит очень медленно. Поэтому при озонировании полная и достаточно частая замена воды продолжает оставаться необходимой.

Ультразвук

В сонохимических процессах звуковая энергия на частотах от 20 кГц до нескольких МГц прикладывается к водному раствору. Интенсивная звуковая волна вызывает разрушение оболочки клетки и гибель бактерий [3]. Энергия акустической волны превращается в тепловую через образование и коллапс кавитационных пузырьков. Схлопывание пузырьков сопровождается световой вспышкой, что может свидетельствовать об электрическом разряде внутри пузырька. Высокая температура и давление, сопровождающие коллапс пузырька, приводят к диссоциации молекул воды на гидроксильные радикалы и атомы (радикалы) водорода. Тем самым при сонохимических процессах возможно не только обеззараживание, но и очистка воды. Применение этой технологии не получило заметного распространения.

Хороший эффект достигается при сочетании ультразвука (кавитации) и УФ-излучения. При этом намного повышается производительность установок и сокращается расход энергии.

Обработка озоно-гидроксильной смесью

Дальнейшим развитием технологии очистки воды плавательных бассейнов является обработка озоно-гидроксильной смесью [4]. Обеззараживание и частичное разложение примесей осуществляется озоном, полное разложение примесей гидроксильными радикалами. Принцип циркуляции воды при обработке озоно-гидроксильной смесью показан на рис. 2.
Image
Основной контур очистки воды состоит из насосаи механического (песчаного) фильтра. Поток воды в этом контуре должен быть больше 1/8 объема бассейна в час на величину потока воды через контур генератора озоно-гидроксильной смеси. Часть воды из основного контура ответвляется в контур генератора. Давление воды на отрезке от фильтра 3 до бассейна 1 при длине трубы 5-10 м может составлять не менее 0,5 атм. Этого давления достаточно для нормальной работы эжектора генератора. Поток воды в контуре генератора может быть 5-10 % от основного потока, и его величина не имеет принципиального значения.

Поток проходит через генератор и подвергается обработке озоном и гидроксильными радикалами. Озоно-гидроксильная смесь контактирует с водой в эжекторе-кавитаторе. Кавитация усиливает действие основных факторов электрического разряда. Внутри полости генератора создается концентрация озона в воде 1-3 мг/л, время удержания воды в полости — не менее двух минут. Вода, насыщенная озоном, уносится из генератора и после угольного фильтра 5 смешивается с основным потоком в точке 6. Точка 6 находится вблизи узла забора воды из бассейна. В угольном фильтре поглощаются свободные радикалы и осуществляются химические реакции, приводящие к выпадению в осадок карбонатов тяжелых металлов. Для дезинфекции воды основной активной частицей будет озон (также как и при озонировании). Дезинфицирующий эффект усиливает кавитация. Разложение примесей в воде будет осуществляться озоном и радикалами ОН.

Радикалы ОН, в отличие от озона, являются универсальным окислителем, они взаимодействуют со многими веществами примерно в миллион раз быстрее, чем озон. Конечным продуктом взаимодействия с органическими веществами является углекислый газ и вода. Выход озона на единицу затрачиваемой энергии в БЭР-реакторе примерно тот же, что и в современных озонаторах, однако кроме озона здесь образуются радикалы ОН (примерно 1/6 часть от выхода озона), которые при тех же энергетических затратах намного повышают эффективность очистки воды. Озонированная вода, смешиваясь с основным потоком, осуществляет ее дезинфекцию. Пролонгированное дезинфицирующее действие может осуществляться двумя способами.

1. В обработанной озоно-гидроксильной смесью воде создается остаточная концентрация активного кислорода на уровне 0,05-0,1 мг/л, которая может сохраняться больше суток. Основной составляющей активной формы кислорода является перекись водорода.
2. Поддержание концентрации активного хлора. Идея метода заключается в том, что ионы хлора, находящиеся в воде, (например, в составе поваренной соли) окисляются гидроксильными радикалами:
2NaCl + 2OH _ Cl2 + 2NaOH.
Следует подчеркнуть, что окисление ионов хлора озоном в принципе возможно, но реакция протекает очень медленно. В генераторе часть образующегося газообразного хлора выделяется из воды, а часть гидролизуется:
Cl2 + H2O _ HClO + HCl.
Соляная кислота нейтрализуется щелочью — продуктом первой реакции окисления хлора:
NaOH + HCl _ NaCl + H2O.
В этом процессе молярная концентрация ионов гипохлорита может достигать 1/6 от молярной концентрации озона (пропорционально соотношению выходов озона и гидроксильных радикалов при вспышечном коронном электрическом разряде). Нарабатываемые таким образом ионы гипохлорита обеспечивают подавление размножения бактерий в объеме бассейна.

Применение генератора озоно-гидроксильной смеси для очистки воды плавательного бассейна позволяет получить следующие преимущества.
  • Улучшение качества воды за счет более полного окисления примесей (по сравнению, как с хлорированием, так и с озонированием).
  • Отсутствие раздражающего запаха хлора (хотя хлор в виде NaCl все равно нужно добавлять, однако его расход очень маленький).
  • Получение воды с низким окислительно-восстановительным потенциалом.

Испытания установки мощностью 40 Вт в бассейне объемом 40 м3 дали следующие результаты. В новый бассейн была залита вода из скважины, вода мутная. На первом этапе очистка воды осуществлялась только с помощью песчаного фильтра. В воду добавили 200 г реагента, содержащего активный хлор (таблетки «Акватабс»). После осветления воды был включен генератор озоно-гидроксильной смеси. Никакие реактивы в воду больше не добавлялись. Система очистки воды, представленная на рисунке, включалась на 7-10 ч в сутки. Поток воды через контур генератора БЭР (см. рис. 2) составлял 0,6 м3/ч. При работе генератора вода сохранялась чистой и прозрачной. Когда генератор выключили на трое суток, работали по 10 ч/сут. только насос и песчаный фильтр, вода покрылась окрашенной пленкой. После включения генератора пленка исчезла.

Исходная вода имела рН = 7,15; содержание железа — 2 мг/л. После обработки в течение месяца по 7-10 ч/сут. значение рН стало 8,45; окислительновосстановительный потенциал +70 МВ; содержание железа — меньше 0,3 мг/л. Получившаяся вода пригодна для питья и по своим свойствам лучше бутилирован- ной воды[4].

Литература:
1. Гигиенические требования к устройству, эксплуатации и качеству воды в плавательных бассейнах. — СанПиН 2. 1. 2. 568-96.
2. Методические указания МУ 2. 1. 4. 719-98 // Санитарный надзор за применение мультра-фиолетового излучения в технологии подготовки питьевой воды // Методика Министерства здравоохранения РФ. Утв. Главным государственным санитарным врачом РФ. — 15 октября 1998 г.
3. Маргулис М.А. Звукохимия — новая перспективная область химии высоких энергий // Химия высоких энергий. — т. 38. — №3. — 2004.
4. Аристова Н.А., Пискарев И.М. Новый подход к задаче очистки и обеззараживания питьевой воды на основе генератора озоно-гидроксильной смеси // С.О.К. — № 9. — 2005.
Последнее обновление ( 26.10.2006 )
 
< Пред.   След. >

Будем благодарны, если воспользуетесь одной из этих кнопок:



Подписка 2013
Подписка 2012
Семинары
Уникальный семинар для проектировщиков и специалистов климатического рынка

Новые разработки компании DAIKIN в 2013 году

В Украине обучают зарабатывать на энергоэффективности зданий

Фильтрационное оборудование для бассейнов в imperbud