Курсовая работа: Очищення води за допомогою озонування
1. Електролітичний метод. Синтезу озону відомий давно. Механізм же утворення озону в електролітичних процесах до теперішнього часу до кінця ще не вивчений.
Синтез озону здійснюють в спеціальних комірках, в ролі електролітів використовують розчини різних кислот (H2 SO4 , НС1О4) або їх солі (NaClO4 > КСlO4 і ін.) Кислоти або їх солі, що беруть участь в реакціях електролізу, не віддають свого кисню, а при утворенні озону відбувається розкладання іонів і радикалів:
Н2 О+О2 = Оз +2Н+ +2е (2.10)
Електролітичним способом можна отримати концентрований озон (30—58%-ний), наприклад при електролізі 40%-ній оксихлоридный кислоти з охолодженими до —65° З платиновими анодами; середня температура електроліту повинна наближатися до температури замерзання (—56° С). Густина струму на аноді —0,13— 2,16 А/дм2 , напруга —8—13 В, загальний тиск над електролітом — в межах 10—100 мм рт. ст. При електролізі розчинів солей утворення озону йде ефективніше, ніж при електролізі розчинів кислот, сам процес стабільніший, максимальний вихід по струму озону досягається за мінімальний час (10 хв), переривання струму не змінює синтезу озону [2].
2. Фотохімічне утворення озону відбувається в основному в природних умовах за рахунок дії сонячної радіації. Проте фотохімічно неможливо отримати озон у високих концентраціях. Основна область фотохімічного здобуття озону в малих концентраціях — це лабораторна практика (вивчення біологічної дії озону, випробування гум, клеїв, озонування повітря у виробничих приміщеннях і ін.).
На практиці озон отримують в спеціальних апаратах – озонаторах, в яких повітря з певною швидкістю пропускається між двома електродами, що з’єднані з джерелом живлення (5 – 20 кВ) [6]. Конструктивно електроди виконані у вигляді двох концентрично розміщених циліндрів різного діаметру (рисунок2.2) або у вигляді двох паралельних пластин (рисунок 2.3).
Рисунок 2.2 Розміщення електродів та діалектрика в трубчастому озонаторі
1 – трубка з нержавіючої сталі( електрод низької напруги; 2 – склянна трубка;
3 – фольга( електрод високої напруги).
Для отримання тихого розряду електроди озонаторів розділюють діалектриком с максимально можливим гранично поверхневим опором і
Рисунок 2.3 Розміщення електродів та діалектрика в пластинчастому озонаторі
1 – пластинка звичайного скла (діалектрик); 2 – профільні пластинки; 3 – пола пластинка із листового алюмінію
Для отримання тихого розряду електроди озонаторів розділюють діалектриком с максимально можливим гранично поверхневим опором і діалектричною сталою. Шар такого матеріалу слугує діалектричним бар’єром, що виключає отримання іскрового чи дугового розряду та обумовлює рівномірну структуру тихого розкладу. Одночасно він слугує реактивним буферним опором, що обмежує струм в ланцюгу розряду. В якості діалектриків використовуються звичайне або боросилікатне скло, емаль, пластмаси.
В зв’язку з тим, що 85 – 95% енергії, яку споживає озонатор затрачається на тепловиділення, електродну систему необхідно охолоджувати, бо озон при підвищеній температурі швидко розкладається. Основною величиною, що визначає синтез озону, слугує потужність розряду, віднесена до витрати газу, тобто, кількість енергії, що приходиться на об’єм пропущеного через озонатор газу.
2.1 Сорбційний метод очищення води на активованих вугіллях в поєднанні з озонуванням
Сорбційні методи очищення води засновані на процесах адсорбції та іонного обміну. Вилучення іонів з розчину здійснюється методом іонного обміну. Витяг молекул з розчину здійснюється методом адсорбції [7].
Найбільш поширені адсорбенти - активні (активоване) вугілля різних марок. Активні вугілля є пористі вуглецеві тіла, зернові або порошкоподібні, що мають велику площу поверхні. Неоднорідна маса, що складається з кристалітів графіту та аморфного вуглецю, визначає своєрідну пористу структуру активних вугіль, а також їх адсорбційні та фізико-механічні властивості. Пориста структура активних вугіль(рисунок 2.1.1) характеризується наявністю розвиненої системи пір, які класифікуються за розмірами в такий спосіб:
• вугілля з мікропорами - з розміром до 20 A,
• вугілля з мезопорами - з розміром 20-500 A,
• вугілля з макропорами - з розміром більше 500 A
Рисунок 2.1.1 Пориста структура активних вугіль
Адсорбційні властивості активних вугіль оцінюються кількістю модельної речовини, сорбованої одиницею маси вугілля за певних умов, а також часом захисної дії одиниці об'єму вугілля до повного його насичення.
Підвищена окислювальна здатність озону у воді ефективно використовується для розкладання великої кількості органічних речовин, розчинених у виробничих стічних водах (СВ) підприємств текстильною, коксохімічною, целюлозно-паперовою нафтохімічною і інших галузях промисловості.
2.2 Очищення води за допомогою озонування
Озонування стічних вод з метою їх очищення найраціональніше, коли концентрації забруднюючих речовин знаходяться в діапазоні від декількох мг/л до 100-200 мг/л.
Очищення води озонуванням протікає по одній з чотирьох реакцій: прямого окислення, непрямого окислення, каталізу або озоноліза. Окрім хімічної дії, озон проявляє себе і як флокулянта, що дозволяє застосовувати його вже на стадії механічної обробки води для коагуляції зважених часток. В таблиці 2.2.1 приведені дані по окисленню деяких важкокисляємих речовин [6].