Основные требования к охлаждающей воде [1]: достаточно низкая температура, малая карбонатная жесткость, предельно малые концентрации ионов железа и сероводорода. Ограничения, связанные устранимой жесткостью, вызваны возможным переходом гидрокарбонатов кальция и магния при нагревании в карбонаты, отлагающиеся на стенках теплообменной аппаратуры.

Соединения железа и сероводород усиливают коррозию железа в воде и вызывают образование обрастаний на внутренних поверхностях труб. Поэтому соединения железа в охлаждающей воде не должны превышать 0,1 мг/л, а сероводорода — 0,5 мг/л. Карбонатная жесткость допускается до 2,8 мгэкв/л.

Обычно качество воды, используемой для охлаждения, при котором не происходит в холодильных аппаратах зарастания живого сечения и не возникает коррозии, должно определяться для конкретных условий специальным расчетом с учетом всех вышеприведенных факторов.

Используемая в системе охлаждения вода может поступать из поверхностных водоемов или из подземных источников. Качество воды, а также состав загрязнений из этих источников могут существенно разниться. Этот факт требует применения для кондиционирования охлаждающей воды универсальных методов очистки.

Универсальностью очистки обладает метод озоносорбционной очистки. Основным преимуществом такого технического решения является безреагентность (не требуется использование реагентов в процессе работы) и универсальность метода очистки. Озон является наиболее сильным окислителем и генерируется из воздуха. В одной технологической стадии кроме железа в форме Fe2+ и марганца в форме Mn2+ происходит окисление сероводорода, органики и обеззараживание, т.е. удаление микроорганизмов, содержащихся в исходной воде. Конструктивно данный метод оформлен в комплексе озоносорбционной очистки, принципиальная схема которого приведена на рис. 1.

В состав комплекса озоносорбционной очистки входят озонатор барьерного разряда, система управления работой комплекса, эжектор для подачи озона и смешения его с исходной водой, контактно-фильтровальный аппарат (КФА) с двухслойной засыпкой (гравий и активированный уголь) и размещенными в нем датчиками, деструктор озона, насосная станция, трубопроводы обвязки и запорная арматура.

Технологическое оборудование может быть выполнено в виде мобильного или стационарного модулей.

В мобильном исполнении все оборудование размещается на раме и может транспортироваться в зависимости от выполняемой задачи. Работа комплекса производится в автоматическом или полуавтоматическом (регенерация засыпки производится вручную) режимах. При включении контроллера и озонатора (включение производится поворотом соответствующих выключателей) открывается электромагнитный клапан и исходная вода подается через эжектор в контактный резервуар. Одновременно в озонаторе вырабатывается озоновоздушная смесь, которая поступает в эжектор за счет разрежения и смешивается с исходной водой. Растворившийся озон реагирует с примесями, содержащимися в воде (происходит окисление соединений марганца, железа в форме Fe2+ и перевод его в форму Fe3+, а также окисление сероводорода и органических соединений. Одновременно происходит обеззараживание воды).

Логика управления процессом озонирования поясняется принципиальной схемой представленной на рис. 2. Управление работой электромагнитного клапана, озонатора, насосной станции обеспечивается автоматически по сигналу от блока датчиков уровня. Электромагнитный клапан открывается при достижении водой уровня У2 и закрывается при достижении уровня У1. Одновременно с открытием электромагнитного клапана включается озонатор. Отключение озонатора происходит при закрытии электромагнитного клапана. Насосная станция управляется реле давления при наличии напряжения питания, которое включается когда вода в контактной емкости поднимется до уровня У3 и выключается, когда уровень воды опускается до уровня У4.

Продукты окисления задерживаются засыпкой активированного угля, размещенного в контактном резервуаре.

По мере накопления осадка активированный уголь настоятельно требует регенерации (взрыхление и промывка со сбросом в канализацию).Выбор параметров и режимов озоносорбционной очистки определяется согласно методическим рекомендациям [3]. Определяющим при выборе параметров установки является выполнение критерия СТ = const, где С — концентрация озона в воде; Т — время контакта озона с водой. Концентрация С определяется производительностью озонатора и концентрацией озона в озоновоздушной смеси, а время контакта Т определяет размер контактно-фильтровального аппарата. Весь опыт эксплуатации данного комплекса подтверждает эффективность озоносорбционной технологии очистки, а разработанные установки обеспечивают хорошие органолептические показатели воды, очистку от соединений железа, марганца, органических веществ и микробиологического загрязнения. Успешная эксплуатация установок, низкие эксплуатационные затраты позволяют использовать их также для локальной очистки и водоснабжения малых жилых, производственных и социальных объектов.

В процессе эксплуатации в системе водоснабжения могут образоваться механические примеси в виде песка, глины, которые негативно влияют на работу технологического оборудования. Для этих целей устанавливается промывной фильтр, в корпусе которого размещены фильтроэлементы Крапухина разработки института Физической химии РАН. Фильтр обеспечивает тонкость фильтрации от 7 до 300 мкм и не требует расходных материалов. Регенерация фильтроэлементов обеспечивается обратным потоком воды со сбросом ее в канализацию.

Фильтр работает в циклическом режиме. После режима «фильтрование» следует режим «регенерация». Исключительным качеством фильтра является практически полное восстановление его характеристик после проведения режима «регенерация». Производительность фильтра определяется количеством ФЭК, размещенном в корпусе фильтра.

Качество воды, определяемое параметром «жесткость», решается двумя путями. Наиболее распространен химический метод ионного обмена катионов кальция и магния, содержащихся в воде, на катионы натрия, которые при нагревании не образуют осадков своих солей. При эксплуатации таких устройств образуется определенной количество солевых стоков, требующих утилизации. В последнее время для целей защиты поверхностей нагрева от накипи широкое применение нашли электронные преобразователи жесткости «Термит» [4]. Это прибор настенного типа, состоящий из микропроцессорного блока и намотанных на трубопровод проволочных электродов. Вода при обработке не меняет химическую жесткость, однако изменяется структура солей жесткости с образованием карбоната кальция хрупкой аргонитной формы. При этом прочная смесь аморфных отложений солей жесткости не образуется, а сформировавшиеся ранее отложения разрушаются и уносятся потоком воды. Данный метод противонакипной обработки воды потребляет минимальное количество электроэнергии.

Применение описанных в настоящей работе методов водоподготовки опробовано на большом количестве объектов, а самостоятельное или совместное применение этих устройств определяется качеством исходной воды и условиями конкретного объекта.

1. СанПиН 2.1.4.559–96. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. — М., 1996.
2. Кульский Л.А., Строкач П.П. Технология очистки природных вод. — Киев, 1986.
3. Методические рекомендации по обеспечению требований СанПиН 2.1.4.559–96 на водопроводных станциях при очистке природных вод. — М., 2000.
4. Банников В., Гаврилов Л. Нетрадиционный метод устранения накипи и солевых наслоений // Наука и технология в промышленности, №2/2002.