XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

Сельские водные стоки содержат в себе огромное множество бактерий, вирусов, гельминтов, химических соединений, попадающих в результате смыва удобрений, остатки инсектицидов и кормов, а также вещества органической и неорганической природы. Попадая в водоемы или почву такая вода становится опасной, морская флора и фауна гибнет, а водоем начинает зарастать и превращаться в болото.

Промышленность не стоит на месте. Ежегодно удобрения и инсектициды совершенствуются, а их химический состав становится более устойчивым к традиционным методам очистки сточных вод. Подобная тенденция рано или поздно может привести к дефициту очищенной воды и переизбытку загрязненной. Это является серьезной экологической проблемой, требующей разработки перспективных, энергоэффективных и универсальных методов очистки воды на предприятиях АПК.

Озонирование-экологически чистая технология обработки загрязненной воды путем воздействия на нее сильнейшим газом-окислителем-озоном.

Озон имеет ярко выраженный бактерицидный характер, действует в течение минут, остатки озона превращаются в кислород. По своей сути, озонирование ускоряет биологический процесс самоочищения воды.

Главным недостатком этого газа является нестабильность молекулы. Чем выше температура, тем быстрее происходит распад озона до кислорода. В среднем, время рассеивания составляет 20-30 минут. Транспортировка газа к месту применения экономически не целесообразна. В промышленности нашли широкое применение озоногенераторы, устанавливаемые рядом с местом, где производится очистка воды.

Очистка воды ультразвуком- процесс, основанный на явлении кавитации. Обработка воды ультразвуком базируется на его способности вызывать образование микроскопических пузырьков, которые быстро разрушаются. Это явление называется кавитацией. Газ, находящийся внутри таких пустот, имеет настолько высокое давление и температуру, что в момент их разрушения происходит свечение пузырьков (звуколюминесценция).

В результате создания большого перепада давления, доходящего до десятков тысяч атмосфер, происходит повреждение клеточной оболочки и, как следствие, гибель вредоносного микроорганизма. В зависимости от интенсивности звуковых колебаний происходит бактерицидное воздействие ультразвука в той или иной степени. Ни один вирус или микроорганизм не способен выдержать подобные воздействия, таким образом, происходит их механическое разрушение.

Генератор озона состоит из двух параллельных электродов. К поверхности одного обязательно должен быть прикреплен диэлектрический материал, служащий для исключения образования электрической дуги. Чаще всего диэлектриком выступает обычное стекло. [1]

Конструкция озоногенератора представлена на рисунке 1[1]:

Рис. 1. Размещение электродов и диэлектрика в трубчатом озонаторе.

1- электрод высокого напряжения; 2- электрод низкого напряжения (заземленный электрод); 3- зона коронного разряда; 4- диэлектрик

Между электродами высокого и низкого напряжения создается воздушная прослойка, в которой при подаче напряжения образуется свечение лилового оттенка. Это явление называется короной. Корона возникает в сильно неоднородном поле между двумя электродами, разделенными диэлектриком. Пропущенный через коронный разряд кислород начнет превращаться в озон. [1]

Принцип действия и конструкция всех промышленных озонаторов одинаков. Основное отличие заключается в размерах оборудования, системах охлаждения и величине подаваемого напряжения. Охлаждение играет важную роль в процессе генерации озона. Коронный разряд сопровождается интенсивным тепловыделением, что негативно сказывается на устойчивости молекулы озона.

Ранее было отмечено, что озон является сильнейшим окислителем и имеет ярко выраженный бактерицидный характер. Экспериментально установлено, что доза озона зависит от мутности воды, содержания органических веществ в ней, температуры воды.

Озон снижает количество живых микроорганизмов в воде до 99,4%. Опыт, проведенный Фетнером и Инголсом показал, что небольшие концентрации озона эффективнее и быстрее справляются с обеззараживанием воды, чем хлор. При дозе хлора 0,3мг/л для полного обеззараживания потребовалось 16 минут, доза озона 0,4-0,5мг/л обеззараживает воду за 1 минуту. [1]

На восточной водопроводной станции в Москве были проведены опыты влияния озона на микроорганизмы, содержащиеся в воде. Полученные данные представлены в таблице 1[1]:

Таблица 1. Бактерицидное действие озона.

Ультразвуковая очистка воды-относительно современный и мало изученный способ обеззараживания. В настоящее время выявлено, что ультразвук эффективно борется с такими загрязнениями, как: споры, органические загрязнения, кишечные палочки, водоросли и простейшие организмы. Данная технология является дополнением к озонированию.

При низких частотах или кратковременном использовании ультразвук может иметь противоположный эффект (стимуляция активности и рост микроорганизмов). Из-за данной особенности рационально применять ультразвуковое обеззараживание воды после механической очистки перед озонированием.

На основе полученных данных можно судить о высокой эффективности применения технологии озонирования в совокупности с ультразвуковой технологией на предприятиях агропромышленных комплексов. Рекомендуется внедрение озонаторного и ультразвукового оборудования на крупных предприятиях животноводческой отрасли. Животноводческие стоки содержат огромное количество бактерий, с которыми озон борется практически на 100%. Для реализации внедрения подобного оборудования необходимо провести исследования в области снижения энергозатрат на генерацию озона и ультразвуковых волн, а также повышения производительности оборудования. Для крупных животноводческих предприятий требуется оборудование с повышенной производительностью, которое является крайне дорогостоящим.

Литература

1. Кожинов В.Ф. Установки для озонирования воды. - Стройиздат Москва, 1968. -167 с.

2. Драгинский В.Л. Озонирование в процессах очистки воды. –М.: ДеЛи принт, 2007. -400 с.

3. Кузубова Л.И., Кобрина В.Н. Химические методы подготовки воды: Аналитический обзор.–Новосибирск, 1996. -132 с.

4. Воронов Ю.В., Яковлев С.В. Водоотведение и очистка сточных вод/ Учебник для вузов:- М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2006-704 с.