книги из ГПНТБ / Кожинов В.Ф. Озонирование воды

2. КОМПОНОВКА ОБОРУДОВАНИЯ ОЗОНАТОРНЫХ УСТАНОВОК СРЕДНЕЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ

В соответствии с технологической схемой в состав основных элементов установки для озонирования воды входят: 1) блок компримирования и подготовки воздуха; 2) блок электросин­ теза озона; 3) контактные камеры для смешивания озоно-воз­ душной смеси с водой; 4) блок электропитания и автомати­ зации.

Размещение названных выше блоков оборудования и аппа­ ратуры в здании должно обеспечивать компактность установки и наибольшее удобство выполнения всех технологических опе­ раций.

В частности, необходимо предусмотреть максимальное со­ кращение протяженности трубопроводов, транспортирующих озоно-воздушную смесь от озонаторов к контактным камерам. Это позволит снизить возможную утечку газа в служебные по­ мещения.

Отсюда следует, что здание станции озонирования следует проектировать двухэтажным, располагая его на площадке меж­ ду помещением фильтров и резервуарами чистой воды. В пер­ вом этаже располагаются блок подготовки воздуха и контакт­

трансформаторов собственных нужд, а также подсобные по­ мещения.

Для внутристанционного транспортирования оборудования и аппаратуры при монтаже и ремонте предусматривают, подвес­ ную кран-балку с электроталыо грузоподъемностью 1—3 г (в зависимости от веса агрегатов). Междуэтажные перекрытия и кровлю устраивают из сборных железобетонных плит, швы между которыми замоноличивают. Над контактными камерами

скапливаться в свободном пространстве над зеркалом воды в кон­ тактных камерах, обязательно устанавливают вытяжные венти­ ляционные трубы с выводом их на 3—4 м выше конька крыши.

На рис. 69 показано оборудование, входящее в блок ком­ примирования и подготовки воздуха для электросинтеза озона. Сюда относятся висциновый фильтр 1, монтируемый на всасы­ вающем воздухопроводе, и воздуходувка 2 марки ВВН-5.0 с электродвигателем 3. На I этаже размещается и холодильная установка с полным комплектом оборудования для охлаждения воздуха. В состав этого оборудования входят: фреоновый теп­ лообменник 4, влагоотделитель 5 с отводом конденсата, комп­ рессорно-конденсаторный агрегат 6 марки АК-ФВ-20, трубча-

130

тый испарительно-регулирующий агрегат 7 марки АНР-50, на­ сосы 8 марки 2К-60 для циркуляции рассола и бак для рассо­ ла 9 емкостью 4 иг3. Действие холодильной установки было описано выше.

Блок озонаторов всегда централизован независимо от того предусматривается озонирование в одну или в две ступени.

Как видно из рис. 69, озонаторы 10 размещены на II этаже и скомплектованы по 4 шг. на общей стальной раме в два яру­ са. Сухой воздух подается в озонаторы по трубопроводу 11. В тех случаях, когда необходимо обрабатывать воду озоном в два этапа, группы озонаторов первичного и вторичного озони­ рования разделяются по выходу озона. Однако коллекторы обеих групп озонаторов для транспортирования озоно-воздуш­ ной смеси соединены перемычкой. На всех озоно-воздушных коммуникациях устанавливают трубы из нержавеющей стали марки 1Х18Н5Т. Вода, непрерывно поступающая для охлажде­ ния озонаторов, нагревается и сбрасывается по трубопроводу 12 со II этажа в сборный резервуар теплой воды 13, находя­ щийся на I этаже. Отсюда насосы 14 подают теплую воду в трубопровод 15, который служит для подачи исходной воды

восветлитель (или отстойник).

"На II этаже для внутристанционного транспортирования

оборудования устанавливаются подвесная кран-балка и кошка

К ним по трубопроводу 2 подается воздух, предварительно охлажденный на фреоновом холодильном агрегате. По трубам 3 окончательно осушенный воздух направляется на фильтры 4 для очистки от распылившихся частиц адсорбента. После про­ пуска через фильтр осушенный и очищенный воздух по тру­ бам 5 подается в озонаторы 6, находящиеся на II этаже.

Для периодической продувки пылевых фильтров предусмот­ рены специальные компрессоры 7.

Контактные камеры, размещаемые под озонаторами, в боль­ шинстве случаев имеют прямоугольное в плане сечение и глу­ бину порядка 6,5 м. На дне каждой контактной камеры 1 --'Грис. 71) обычно числом не менее двух устраивают несколько параллельных коробов 2. Они перекрываются керамическими фильтросными плитами 3 размером 300X300 м. Такие плиты изготовляет Кучинский завод керамических изделий. Озониро­ ванный воздух подается к пористым плитам по винипластовым

трубам 4 диаметром 100 мм раздельно в каждую камеру.

В рассматриваемом случае размеры контактных камер в- плане составляют 8,6X4,8 м, что соответствует площади _41,3 м2. В каждой такой камере установлено по 20 фильтросных плит

Рис. 70. Оборудование блока осушки воздуха

для распыления озоно-воздушной смеси в воде. Очищенная на отстойниках и фильтрах вода подается в контактную камеру по двум трубопроводам 5. На них устанавливают диафрагмы 6 для измерения расхода воды.

В верхней части контактной камеры размещены желоба 7 для равномерного распределения воды по всей ее площади. После обработки озоном вода выпускается по железобетонному каналу 8 с отверстиями диаметром 250 мм. Затем вода пере­ ливается через верхнюю кромку бокового сборного кармана 9

134

и по самотечному трубопроводу 10 направляется в общий водо­ вод 11 для поступления в резервуар чистой водьь

На верхнем перекрытии камер устанавливают вентиляцион­ ные трубы 12 для отведения накапливающегося под перекры­ тием непрореагировавшего озона.

Для опорожнения контактных камер служит сточный тру­ бопровод 13. Два небольших скальчатых насоса 14 позволяют подавать пробу воды непосредственно в здание Очистной стан­ ции по трубопроводу 15.

Возможны, конечно, и другие варианты конструктивных ре­ шений станций озонирования и размещения в них оборудо­ вания.

135

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ НАГРУЗОК ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ОЗОНАТОРОВ

Расчетные нагрузки определяются по паспортным данным технологического оборудования и аппаратуры, монтируемых на

случаях когда подготовка воздуха осуществляется в две ступе­ ни, холодильный агрегат весьма мало влияет на повышение электронагрузки, так как установленная мощность его не пре­ вышает 7—10 кет. Таким образом, даже при двух рабочих хо­ лодильных агрегатах общая установленная мощность в табл. 32 была бы порядка 500 кет, а рабочая мощность составляла около 300 кет.

В данном случае для питания озонаторов следует установить два повышающих силовых трансформатора типа ТМ 560-10 мощностью по 560 ква на напряжение 6/10 кв.,

Трансформаторы устанавливаются на открытом воздухе и включаются по схеме ДПЗ с глухим заземлением одной из фаз.

Распределение электроэнергии между озонаторами преду­ сматривается с помощью распределительного устройства 10 кв, набранного из стандартных ячеек типа КСО-2УМ из расчета по одной ячейке на два озонатора.

•136

Для питания низковольтных электронагрузок предназначает­ ся силовой трансформатор ТП180/6 мощностью 180 ква «а на­ пряжение 6/0,4 кв с заземленной нейтралью. Этот трансфор­ матор монтируется в отдельной закрытой кабине.

Электрическое освещение с люминесцентными лампами пре­ дусматривается: рабочее 220 в, ремонтное 36 в.

Для защиты персонала от поражения электрическим током все металлические части электрооборудования, не находящие­ ся под напряжением, но которые могут оказаться под ним, должны быть надежно защищены. Кроме того, заземляются: одна фаза трансформатора 560 ква на стороне 10 кв; нейтраль трансформатора 180 кв; корпуса озонаторов и всех металличе­ ских аппаратов, каркасы и сетки ограждений.

Глав а VIII

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОЗОНИРОВАНИЯ ВОДЫ

1. ОСНОВНЫЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ

Озон для обработки воды можно получить: 1) из воздуха путем тихого разряда в озонаторах (на месте); 2) из кисло­ рода, тоже пропускаемого через озонаторы (на месте); 3) из транспортируемых баллонов с озоном, растворенным в инерт­ ном сжиженном газе под высоким давлением.

В настоящее время на подавляющем большинстве станций озон производится на месте из воздуха и в редких случаях — из кислорода. Озон, доставляемый в баллонах, находит приме­ нение пока только на малых установках.

Возможность производства озона на месте из окружающей воздушной среды — неоспоримое преимущество его перед теми

_ ства его на месте, т. е. на территории водопроводной станции. Для правильного технико-экономического сравнения различ­ ных установок озонирования воды следует учитывать главные

влияющие факторы [45].

Одной из основных составляющих стоимости производства озона является величина капитальных затрат на оборудование и аппаратуру. Сюда входит стоимость генераторов озона и всех дополнительных устройств — для кондиционирования воздуха и для обеспечения контакта озона с водой.

По зарубежным данным, .стоимость капитальных затрат на

137

озонаторные установки составляет 1000—<1320 долларов на 1 кг суточной выработки озона.

Так, стоимость озонатора фирмы «Дегремон» производи­ тельностью 570 г/ч озона составляет 78 тыс. швейцарских фран­ ков, или 18,1 тыс. долларов, т. е. 18 100 : 0,57 • 24 = 1320 долла­ ров за 1 кг/сутки, или 3,62 доллара за 1 кг/год (по озону).

Другая установка производительностью по озону 54,4 кг/сут-

Эти современные данные позволяют признать средней вели­ чиной 1305 долларов, или 1175 руб. за 1 кг/сутки озона, что составляет 3,2 руб. за 1 кг/год. Сюда не входят стоимость зда­ ний и ряд других расходов. Поэтому фактические капитальные затраты на строительство и оборудование, отнесенные на 1 кг годовой расчетной выработки озона, составляют 4,35—37,7 руб. в зависимости от уровня технического оснащения и от их произ­ водственной мощности (но не прямо пропорционально).

Капитальные затраты на 1000 м3 поданной воды колеблют­ ся от 7,65 до 40,1 руб. в зависимости от тех же факторов и, конечно, от дозы озона, применяемой для обработки воды [15].

Второй основной влияющий фактор — удельное потребление электроэнергии, выражаемое в вт-ч на 1 кг выработанного озо­ на. В крупных установках, использующих воздух для произ­ водства озона, затраты электроэнергии только для работы озо­

озона применяется кислород, а не воздух, то расход электро­ энергии снижается до 9 вт-ч на 1 кг полученного озона.

Третий важный фактор, влияющий на стоимость производст­ ва,— концентрация озона, выражаемая в г озона на 1 м3 воз­ духа ((или в м г/л).

.Удельный расход электроэнергии в вт-ч на 1 г озона может быть определен по формуле (14). Минимальное значение удель­ ного расхода Э наблюдается при концентрации озона

С= 14 г/м3, а именно:

Э= —^ --- ]— = 21 вт-ч на 1 г озона.

перемещение воздуха компрессором — 1,7 вт-ч/г Оз.

Хотя роль экономического фактора весьма существенна, но главная задача озонирования — надежное обеспечение полного обеззараживания воды для питьевых целей. Ввиду этого необ­ ходимо учитывать потери мощности разряда, которые при кон­ центрации озона 14 г/м3 несколько выше, чем при его концент­ рации 20 г/м3. Следовательно, с энергетической точки зрения выгоднее применять более высокую концентрацию озона. Отно­

138

сительно небольшое снижение к. п. д. озонаторов вследствие повышения концентрации озона всегда компенсируется значи­ тельным улучшением общего эффекта диффузии, а также эко­ номией расхода электроэнергии в аппаратуре для обезвожива­ ния воздуха из-за снижения потребности в нем. Кроме того, при высокой концентрации озона интенсивнее и полнее происходит реакция окисления органических веществ, содержащихся в воде.

По всем этим причинам минимальные эксплуатационные расходы и наибольший бактерицидный и вирулицидный эффект достигаются при концентрации озона в озоно-воздушной смеси

20г/м3.

Следовательно, удельный расход электроэнергии по форму­

ле (14)

14г/м3.

Для озонаторов, намеченных к установке на Восточной во­

С— концентрация озона в воздухе в г/м3;

Р— движущее давление.

■(имеется в виду полезный озон, т. е. действительно введенный в воду).

Показатели, характеризующие эксплуатационные затраты по станциям озонирования воды, отличаются гораздо большей ста­ бильностью, чем показатели по капитальным затратам.

К эксплуатационным расходам, которые отражаются «а стоимости производства озона, относятся: заработная плата персонала, обеспечивающего наблюдение и уход за оборудова­

139

нием, затраты на получение и подачу пара, кислорода (если он применяется) и воды для охлаждения. В составе эксплуатаци­ онных затрат должны учитываться и амортизационные отчис­ ления. Срок службы озонаторов из нержавеющей стали при­ нимают 15—20 лет, а из алюминия— вдвое меньше, так как алюминиевые электроды быстро изнашиваются вследствие ка­ тодного распыления.

2. ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОГРЕСС В ОЗОНИРОВАНИИ ВОДЫ И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА СНИЖЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ЗАТРАТ

Технический прогресс, выразившийся в усовершенствовании конструкций озонаторов и технологии озонирования воды, поз­ волил за последние годы значительно снизить эксплуатацион­ ные расходы.

Первой особенностью технологического процесса является работа озонатора под давлением. Благодаря этому полученный озон находится в сжатом состоянии и может быть направлен непосредственно для обработки воды без вспомогательных ме­ ханических и гидравлических устройств (эмульсаторов, эжек­ торов и т. п.). Большинство озонаторов прежних конструктив­ ных типов работало под давлением, близким к атмосферному, и не обладало указанным выше преимуществом. Поэтому .при использовании озонаторов пластинчатого типа приходится при­ менять эмульсаторы или инжекторы, что ведет к перерасходу электроэнергии. Последний объясняется необходимостью гид­ равлической зарядки названных приборов, осуществляемой с помощью электронасосов. Дополнительным преимуществом исключения эмульсаторов из технологической схемы является устранение жесткой зависимости между расходом воды и рас­ ходом озона и получение возможности в широких пределах из­ менять соотношения расхода озонированного воздуха к расхо­ дам обрабатываемой воды. Кроме того, повышение давления несколько увеличивает производительность озонатора.

Второй особенностью является высокая концентрация выра­ батываемого озона. Как известно, окисляющая способность озо­ на находится в прямой зависимости от величины его концентра­ ции в воздухе. Современный озонатор производит озон в кон­ центрации 20 мг/л при удельном .расходе электроэнергии 18 вт-ч на 1 кг озона, или 0,055 кг озона на 1 квт-ч.

Следовательно, при равном весе озона, выработанного на современной установке, объем воздуха, подлежащего кондицио­ нированию, в несколько раз меньше, чем у озонаторов, произ­

140