CC BY
59Качество подземных вод Нижегородской области не однородно, что обусловлено ее природным составом. Имеются проблемы с водоснабжением центральных районов области - Вачского, Павловского, Сосновского, Д. Константиновского, Кстовского, Вадского, Перевозского, Бутурлинского, Сергачского, Лысковского, Пильнинского и других районов, где подземные воды имеют высокую жесткость. Для подземных вод Борского, Володарского, Балахнинского характерно повышенное содержание железа и марганца, для Шахунского района - повышенное содержание фтора (до 2,8 мг/дм3), а для Ветлужского района - повышенное содержание бора (до 3,3 мг/дм3).
Таким образом, основными загр^няющими веществами подземных источников являются железо, марганец, фтор и бор, содержание которых во много раз превышает предельно допустимые концентрации.
Более высокая степень защищенности подземных вод от техногенных загрязнений и их лучшее экологическое состояние по сравнению с поверхностными водами определяют необходимость их максимально возможного использования. Применение прогрессивных технологий по очистке воды до питьевых кондиций позволит уменьшить затраты по приготовлению питьевой воды и увеличить ее санитарную надежность.
Список литературы
[1] Справочник по очистке природных и сточных вод / J1.JI. Пааль, Я.Я. Кару, Х.А. Мельдер, Б.Н. Репин - М.: Высш. шк., 1994. - 336 с.: ил.
[2] Состояние окружающей среды и природных ресурсов Нижегородской области в 2001 году. Ежегодный доклад. - Н. Новгород, 2002. - 189 с.
[3] Состояние окружающей среды и природных ресурсов Нижегородской области в 2002 году. Ежегодный доклад. - Н. Новгород, 2003. - 191 с.
[4] Состояние окружающей среды и природных ресурсов Нижегородской области в 2003 году. www.esc.nnov.ru
[5] Питьевая вода и водоснабжение населенных мест. Санитарно-эпидемиологические правила . и нормативы. СанПиН 2.1.4.1074-01
THE ECOLOGICAL CONDITION OF WATER OBJECTS IN THE NIZHEGORODSKIY REGION
A. S. Kurnikov, T. A. Braginskaya
The condition of the water objects in the Nizhegorodskiy region on the basis of analysis far the region from 2001 till 2003 reveal more often presencing (attending) in the natural water the harmful chemicals substances, which reduce her quality.
УДК 628.162.82.002.5
A. С. Курников, д. т. н., профессор.
B. Н. Власов, заведующий лабораторией, ВГАВТ.
603600, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5.
СУДОВЫЕ СИСТЕМЫ ОБРАБОТКИ ЖИДКОСТЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОЗОНИРОВАНИЯ
В статье показаны судовые системы, в которых применяется процесс озонирования. Произведен анализ технико-эксплуатационных показателей существующих судовых станций приготовления озона. Показан путь повышения производительности озонаторов.
В настоящее время применение озонных технологий нашло широкое распространение во многих ведущих отраслях науки и техники, таких как медицина, биология, очистка газа и сточных вод и т.д. Лидером по использованию озона безусловно является водоподготовка.
Современная промышленность выпускает широкий спектр озонаторного оборудования: от небольших портативных установок до гигантских озонаторных комплексов. Основным элементом этого оборудования является озонатор, который генерирует озон.
На речных судах и судах «река-море» плавания озон как наиболее сильный окислитель поливалентного действия применяется в различных санитарных системах. К ним относятся системы водоснабжения, в которых обрабатывается вода из поверхностных источников до питьевых кондиций и системы канализации - при очистке сточных и нефтесодержащих вод на заключительном этапе обработки [5, 6, 10]. Принципиальная схема судовой системы водоснабжения с озонаторной станцией приготовления питьевой воды (ППВ) приведена на рис. 1. В работах [5, 6] показано, что снабжение судов питьевой водой из береговых водопроводов вызывает определенные сложности. Во-первых, данный способ предполагает большое количество специально оборудованных причалов, расположенных через каждые 250-300 км пути, что практически не обеспечивается, особенно для рек Западной и Восточной Сибири. Во-вторых, снабжение крупных пассажирских судов водой с берега требует наличия на каждом судне емкостей до 200 м3, что практически невозможно.
Поэтому система с озонаторной станцией ППВ получила широкое распространение на речном флоте.
Рис. 1. Принципиальная схема системы питьевой воды речного судна;
1 - приемный патрубок; 2 - цистерна запаса речной или питьевой (береговой) воды;
3 -озонаторная станция ППВ; 4 - цистерна запаса питьевой воды; 5 - насос; 6 - гидрофор;
7 - водоподогреватель; 8 - кингстон забортной воды.
В настоящее время проблему предотвращения загрязнения водоёмов решают двумя путями: передачей сточных и нефтесодержащих вод (СВ и НВ) на судно-сборщик или оснащением строящихся и существующих судов системами очистки сточных вод (СОСВ) и системами очистки нефтесодержащих вод (СОНВ) [4, 12].
Обработка СВ на крупных пассажирских судах с помощью установок СОСВ резко сокращает потребность в судах-сборщиках и снижает нагрузку на специализированные причалы. Расчёты показали, что приведённые затраты на 1 м3 СВ, обработанных автономной установкой СОСВ на крупном пассажирском судне, примерно в 2 раза меньше по сравнению с передачей СВ судами-сборщиками на специализированные причалы [11].
Наибольшее распространение на судах речного флота получила технологическая схема СОСВ «Сток-150», которая приведена ш рис. 2.
Обработка НВ непосредственно на судне позволяет сепарировать мазут и воду, которую можно использовать в технических целях. Схема СОНВ приведена на рис. 3.
12 З 4 5 6 7 8 9 10 И 12
Рис. 2. Схема судовой СОСВ со станцией «Сток-150»:
1 - контактное устройство; 2 - напорный фильтр; 3 - эжектор; 4- напорный танк; 5 - смеситель,
6 - насос-дозатор; 7 - бак реагента; 8 - флотатор; 9 - скребковый транспортер; 10 - шламовый танк; 11 - приемный танк; 12 - фильтр грубой очистки;! 3 - озонатор; 14 - насос.
воздух
Нефте содержащая
Промывная
вода
Рис. 3. Схема судовой СОНВ:
1 - судовая цистерна; 2 - коаписцирующий фильтр; 3 - флотатор; 4 - насос; 5 - песчаный фильтр;
6 - эжектор вакуумирования; 7 - эжектор озонирования; 8 - дегазатор; 9 - смеситель; 10 - озонатор.
На судах, с системами и со станцией ППВ, в которых до сих пор в качестве дезинфектанта используется хлор, целесообразно применять систему доочистки воды (СДВ), которая позволяет получить воду питьевого качества, отвечающую требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжении. Контроль качества.»
Схема такой СДВ приведена на рис. 4.
Рис. 4. Принципиальная схема СДВ: 1 - компрессор; 2 - озонатор;
3 - емкость; 4 - распылитель;
5 - фильтр
Следует также отметить о концепции расширения области применения озона на судах. Это обогащение озоном водо-топливной эмульсии (ВТЭ) (рис. 5) и обеззараживание циркуляционной воды в кондиционерах воздуха (рис. 6).
Рис. 5. Схема системы подготовки воды для водотопливной эмульсии:
1 - электролизер; 2 - эжектор;
3 - озонатор; 4 - колонна контактная.
Применение озонированной водо-топливной эмульсии (ОВТЭ), путём ввода озона в состав католита, приводит к снижению дымности и токсичности выпускных газов, что благоприятно сказывается на экологичности судна и, кроме того, ведёт к экономии топлива до 2 % из-за увеличения продетонационного эффекта [7].
Использование озона при кондиционировании улучшает качество воздуха, снижает кратность циркуляции и уменьшает массогабаритные характеристики кондиционеров, а также позволяет отказаться от применения ионизаторов, так как при обогащении кондиционированного воздуха озоном происходит образование легких ионов и уменьшение количества тяжелых ионов [13].
Перспективно также применение озонных технологий при подготовке воды для судовых плавательных бассейнов. Использование в качестве дезинфектанта озона по сравнению с хлором приводит к улучшению органолептических показателей и каче-
ства воды в целом. Схема системы подготовки воды для плавательных бассейнов с использованием озона приведена на рис. 7.
Очищенный
Рис. 6. Схема системы кондиционирования воздуха (СКВ):
1 - фильтр; 2 - воздухонагреватель; 3 - камера орошения; 4 - форсуночный аппарат; 5 - элиминатор; 6 - воздухонагреватель второй ступени; 7 - грязевая коробка; 8 - поддон; 9 - насос;
10 - реакционная емкос гь; 11 - эжектор; 12 - озонатор; 13 - осушитель воздуха; 14 - компрессор.
Рис. 7. Схема системы подготовки воды для плавательных бассейнов:
1 - чаша бассейна; 2 - озонатор;
3 - насос; 4 - эжектор; 5 - фильтр.
В ближайшем будущем применение озонных технологий при подготовке ВТЭ, доочистке воды, кондиционировании воздуха и приготовлении воды для бассейнов найдёт более широкое распространение на судах.
Во всех перечисленных семи системах одним из основных элементов является озонатор, который вырабатывает дезинфектант. В связи с этим требования к надёжности его работы и массогабаритным показателям приобретают превалирующее значение.
На судах речного флота эксплуатируются различные озонаторы как отечественного, так и зарубежного производства.
Наибольшее распространение получили отечественные озонаторы «Озон-2М», «С0.01Т», «С0.05УТ», «С0.05В», «С0.4В», «СО.бВ» (Россия) и озонаторы производства иностранных фирм «Мультизон», «Бонозон» (Германия), «Трейлигаз» (Франция). Основные технические характеристики перечисленных озонаторов приведены в табл. 1, а их принципиальные схемы на рис. 8-13.
12 з 4 5 6
Рис. 9. Принципиальная схема озонатора «Мультизон»:
1 - трансформатор регулировочный; 2 - трансформатор высоковольтный; 3 - расходомер;
4 - вентилятор для охлаждения; 5 - озонирующий элемент (12 шт.); 6 - блок озонирующих элементов; 7 - эжектор; 8 - клапан невозвратный; 9 - клапан запорный; 10 - адсорбер; 11- компрессор.
6 7 8 9 10
Рис. 10. Принципиальная схема озонатора «Трейлигаз»:
1 - водомаслоотделитель; 2 - клапан редукционный; 3 - клапан двухпозиционный; 4 - адсорбер;
5 - клапан перекидной; 6 - клапан запорный; 7 - расходомер; 8 - клапан регулирующий;
9 - трансформатор высоковольтный; 10 - трансформатор регулировочный; нагреватель; клапан электромагнитный; 11 - элемент озонирующий (2 шт.); 12 - эжектор; 13 - клапан невозвратный.
Рис. 8. Принципиальная схема озонатора «Боюзон»:
1 - вентилятор для подачи воздуха при регенерации адсорбента; 2 - адсорбер;
3 - блок озонирующих элементов; 4 - элемент озонирующий (12 шт.); 5 - трансформатор высоковольтный; 6 - трансформатор регулировочный; 7 - эжектор; 8 - клапан электромагнитный; 9 - клапан запорный;
10 - расходомер; 11 - клапан электромагнитный; 12 - нагреватель.
Рис. 11. Принципиальная схема озонаторов «С0.05В», «С0.4В» «С0.6В»:
1 - клапан запорный; 2 - клапан редукционный; 3 - клапан электромагнитный; 4 - клапан регулирующий; 5 - расходомер; 6 - трансформатор высоковольтный; 7 - трансформатор регулировочный;
8 - клапан невозвратный; 9 - эжектор; 10 - водосборник;
11 - элемент озонирующий («СО.05В» - 3 шт. и «С0.4В» - 20 шт., «СО.бВ» - 20 шт.);
12 - блок озонирующих элементов.
1 2 3 4 5
Рис. 12. Принципиальная схема озонаторов «С0.05УТ» и «С0.01Т»:
1 - клапан запорный; 2 - клапан редукционный; 3 - клапан электромагнитный; 4 - клапан регулирующий; 5 - расходомер; 6 - трансформатор высоковольтный; 7 - трансформатор регулировочный;
8 - клапан невозвратный; 9 - эжектор; 10 - водосборник; 11 - элемент озонирующий (2 шт.);
12 - вентилятор для охлаждения.
Забортная вода на охлаждение
сжатого воздуха
Рис. 13. Принципиальная схема озонатора «Озон-2М»:
1 - водомаслоотделиггель; 2 - клапан двухпозиционный; 3 - адсорбер; 4 - клапан перекидной;
5 - клапан запорный; 6 - клапан редукционный; 7 - расходомер; 8 - трансформатор высоковольтный; 9 - трансформатор регулировочный; 10 - элемент озонирующий (3 шт.); 11 - эжектор;
12 - клапан невозвратный.
Таблица 1
Основные технические характеристики судовых озонаторов
Технико-эксплуатационные показатели Тип озонато за, страна изготовитель
Муль- тизон Герма- ния Трей- лигаз Фран- ция Боно- зон Герма- ния Озон- 2М СО. 01Т СО. 05УТ СО. 05В С0.4В С0.6В
Россия
Производительность по озону, г/с-10'3 2,8 8,3 5,6 ; 8,3 0,5 1,4 2,1 11 16,7
Концентра-ция озона в воздухе, г/м3 10 13 15 10 13 10 15 10 15
Напряжение на озонаторе, кВ 5,5 20 12 20 10 10 10 10 10
Частота электротока, Г ц 60 50 300 50 50 50 50 50 50
Потреб ля-емая мощность, Вт 520 1100 1000 1200 95 230 340 2270 2270
Питание воздуха Ком- прес- сор Из системы сжатого воздуха
Степень осушки воздуха, мг/м 32 8 32 32 34 34 34 34 34
Способ регенерации осушителя Осушенным воздухом Тепло- вая Осушенным воздухом
Количество озонирующих элементов в озонаторе, шт 12 2 12 4 2 2 3 20 20
Средний диаметр диэлектрика, м 0.01 0.072 0,015 0.039 0.037 0.037 0.037 0.037 0.037
Количество разрядных промежутков 2 1 1 1 2 2 2 2 2
Длина реакционной зоны, м 0,5 1,05 0,55 0,97 0,37 0,85 0,85 0,85 0,85
Г абариты озонатора 0,57x0, 7х 1,26 о ©*м 0,85х 1,1х 2,15 0,64 х0,63 х1,96 - 1,35x0,7x1,645 1,42 х0,72 х2,08 1,3 х0,45х 1,8
Масса 160 330 250 330 - 279 299 573 450
Способ охлаждения Воздух Вода Воздух Вода
Сравнительная характеристика по основным удельным показателям применяющихся на судах озонаторов, приведена на рис. 14, где:
кі - производительность озонатора, приходящаяся на единицу площади электродов, мг/(м2с);
к2 - производительность озонатора, приходящаяся на единицу объёма озонатора, мг/(м3-с);
к3 - производительность озонатора, приходящаяся на единицу массы озонатора, мг/(кгс);
к_4 - мощность, потраченная на производство 1 грамма озона, Вт-с/мг.
мг мг м Вт-с
9 т ’^2’ з >*3> >^4’
с• м с- м с кг мг
Удельные
00
о
30 27
24
21
18
15
12
9
б
3
15,0 0,040 200
13,5 0,036 180
12,0 0,032 1М
10,5 0,028 140
9,0 0,024 120
7,5 0,020 100
6,0 0,016 80
4,5 0,012 60
3,0 0,08 40
и 0,04 20
■ -КІ
І І -К2
П -КЗ
■ - КА
Мультизон Трейлигаз Бонозон Оэон-2М СО.ОІТ Ш.05УТ С0.05В С0.4В СО.бВ
Типы озонаторов
Рис. 14. Сравнение судовых озонаторов по удельным характеристикам
Судовая и промышленная энергетика
Анализ данных показывает, что все судовые озонаторы имеют те или иные недостатки:
значительные массогабаритные показатели;
низкая производительность;
недостаточное охлаждение озонирующих элементов;
отсутствие эффективной подготовки воздуха, который используется для получения озона;
отсутствие автоматической регулировки производительности.
Кроме того, в процессе эксплуатации озонаторов производства иностранных фирм «Мультизон», «Бонозон» (Германия), «Трейлигаз» (Франция) возникают трудности, связанные с высокой стоимостью и дефицитом комплектующих.
Повышение эффективности и производительности современных судовых озонаторов связано с применением тока повышенной частоты для питания озонирующих элементов. Связь мощности озонатора и частоты электротока показана в выражении, полученным Герасимовым Я.И. [1]
где иг - напряжение горения, В;
и0 - рабочее напряжение на озонаторе, В; сб- ёмкость диэлектрического барьера, Ф-; сп - ёмкость разрядного промежутка, Ф;
Г - частота электрического тока, Гц.
Использование тока повышенной частоты в процессе синтеза озона по сравнению с промышленной частотой тока позволяет получить больший выход озона при той же затраченной энергии, а более равномерное распределение разрядных каналов вдоль электродов озонатора приводит к уменьшению напряжения на выходе установки, что, в свою очередь приводит к увеличению ресурса озонирующих элементов. Кроме этого, применение тока повышенной частоты значительно уменьшает массогабаритные показатели озонатора в целом [2, 3, 8, 9].
В качестве исполнительного устройства должен использоваться преобразователь частоты электротока, от которого питаются высоковольтный трансформатор и далее озонирующие элементы. Регулировать выходную мощность преобразователя можно изменением частоты генерации преобразователя.
При проектировании судового озонатора следует учесть особенности, которые накладываются сферой применения.
К судовым озонаторам как к судовому оборудованию предъявляются требования: быть работоспособными при длительном крене судна до 15°, дифференте до 5°, бортовой качке до 22,5°;
иметь незначительные массо-габаритные характеристики; быть экономичным по потреблению энергии; соответствовать требованиям Российского Речного Регистра; быть надежным в работе; иметь автоматизированный контроль; быть универсальным для ряда систем;
обеспечивать возможность выдерживать переменные нагрузки и кратковременные перегрузки;
представлять блочное исполнение;
иметь минимальные трудовые затраты и простоту обслуживания; быть взрывобезопасными.
Кроме того, необходимое условие нормальной работы судовых систем, в состав которых входит озонатор, это возможность дискретной регулировки, включение 030-
(1)
натора на максимальную нагрузку и малое время переходного процесса. Что позволяет спроектировать озонатор с автоматической регулировкой производительности для различных систем.
Список литературы
[1] Герасимов Я.И. Современные проблемы физической химии. - М.: МГУ, 1968. - 211 с.
[2] Курников А.С. Исследование и разработка методики проектирования судовых систем приготовления озона. Автореферат диссертации канд. техн. наук. - Л.: ЛКИ, 1984. - 20 с.
[3] Матвеев Н.А. Некоторые вопросы расчёта и конструирования озонаторов промышленного типа. Автореферат диссертации канд. ^им. наук. - М.: МИХИ, 1957. -23 с.
[4] Суда внутреннего и смешанного (река-море) плавания. Санитарные правила и нормы: Сан-ПиН 2.5.2-703-98. - М.: Минздрав России, 1998. - 144 с.
[5] Барац В.А., Николаев М.В., Эльпинер Л.И. Водоснабжение судов речного флота. - М.: Транспорт, 1974. - 144 с.
[6] Этин В.Л. Основы проектирования комплекса систем водоснабжения судов внутреннего и смешанного плавания: Автореф. дисс. докт. техн. наук. - Л.: 1985. - 44 с.
[7] Курников А.С. Совершенствование систем обеспечения обитаемости и повышения экологической безопасности судов на основе активированных окислительных технологий. Автореф. дисс. докт. техн. наук. - Н. Новгород, 2002. - 39 с.
[8] Самойлович В.Г., Филиппов Ю.В. Влияние частоты на электрические характеристики озонаторов.-Ж. Ф. X, 1961,т. 35,-С. 201-205.
[9] Вобликова В.А., Филиппов Ю.В., Вендилло В.И. Влияние частот 2000-10000 Гц на электросинтез озона в озонаторе с эмалированными электродами. - Ж.Ф.Х., 1981, т. ЬУ, - С. 3068-3071
[10] Алмазов Г.К., Степанов В.В., Гуськов М.Г. Элементы общесудовых систем: Справочник. -Л.: Судостроение, 1982. - 328 с.
[11] Зубрилов С.П., Ищук Ю.Г., Косовский В.И. Охрана окружающей среды при эксплуатации судов. - Л.: Судостроение, 1989. - 256 с.
[12] Правила экологической безопасности судов внутреннего и смешанного плавания / Российский Речной Регистр. - М.: «Марин Инжиниринг Сервис», 1995. - 52 с.
[13] Губернский Ю.Д., Дмитриев М.Т. Озонно-ионный режим жилых и общественных зданий и его роль в обеспечении воздушного комфорта//Водоснабжение и санитарная техника, 1979. -№1.-С. 17-18.
SHIP SYSTEMS OF PROCESSING OF LIQUIDS WITH THE USE OF OZONIZATION
A. S. Kurnikov, V. N. Vlasov
Ship systems in which process of ozonization is applied are shown in the article. The analysis of operational parameters of existing ship stations of preparation of ozone is made. The way of the increase ofproductivity of ozonizers is shown.
УДК 537.56:661.92
А. С. Курников, д. т. н., профессор.
А. С. Ширшин, аспирант, ВГАВТ.
603600, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5.
ИСКУССТВЕННАЯ ИОНИЗАЦИЯ ВОЗДУХА
Рассмотрены основные принципы искусственной ионизации воздуха, а так же влияние отрицательных ионов на здоровье человека. Предложен эффективный и современный метод получения ионизированного воздуха путем обработки его озоном. Приведена схема обработки воздуха озоном в циклонно-пенном аппарате.
