Озонирование охлаждающей воды

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Озонирование охлаждающей воды

Кузьминкин А.Л., ООО «Ведеко- Центр»

В настоящее время одной из наиболее распространенных схем охлаждения используемых на нефтеперерабатывающих и химических производствах является оборотная система с охлаждением воды на градирнях. Наиболее распространенные проблемы таких систем это:

? Биообрастание

? Коррозия

? Накипь

Проблемы коррозии и накипи решаются с помощью ингибиторов и успешно применяются до настоящего времени. Хотелось бы более подробно остановиться на проблеме биообрастания.

Образование биопленки приводит к снижению теплоотдачи , росту коррозии и как следствие увеличение эксплуатационных расходов.

Образование биопленки происходит из-за повышения температуры, из-за примесей, поступающих с добавляемой водой и окружающим воздухом. Для бактерицидной обработки воды и контроля микроорганизмов в охлаждающей воде используются биоциды. Биоциды- это активные вещества и/или составы содержащие один или более активных ингредиентов предназначенный для уничтожения или нейтрализации вредных микроорганизмов с помощью химической реакции. Биоциды можно разделить на две группы

? окисляемые

? не окисляемые

Не окисляемые биоциды достаточно стойки и и обеспечивают долговременную защиту от биообрастаний , в связи с чем сбросная вода обработанная таким способом должна постоянно подвергаться тестированию на токсичность.. Проведение таких анализов достаточно сложно и дорого, что приводит к отказу от их использованию.

К окисляемым биоцидам относятся такие высокоактивные соединения как хлорфенолы, нитрохлорбензол, органические соединения серы и др. Очевидно что данные вещества реагируют не только с микро но и с макро органическими клетками, что способствует образованию токсических веществ представляющих угрозу окружающей среде. В связи с этим данные органические соединения были запрещены в различных странах Западной Европы и США. Это заставило искать альтернативные методы борьбы с биообрастанием.

В настоящее время применяются более экологически безопасные биоциды такие как хлор, диоксид хлора, перекись водорода , и озон. Хлор - один из наиболее химически активных элементов и вступает в реакцию со множеством соединений даже при комнатной температуре. Однако в результате реакции образуются АОГ (адсорбируемые органические галогенпроизводные) такие как трихлорэтилен, хлороформ, хлоральгидрат, четерххлористый углерод, дихлорэтан и др. которые являются сильными канцерогенными веществами. Риск образования органических соединений хлора можно снизить, если в качестве биоцида применять диоксид хлора ClO2. Поскольку ClO2 это химическое соединение, которое не проявляет длительной стабильности, его нужно заново вырабатывать каждый раз незадолго перед применением. Размеры инвестиций настолько высоки, что, за редким исключением, ClO2 не применяется в охлаждающих системах.

Самый простой в использовании биоцид - это биоцид на основе перекиси водорода H2O2. Однако благодаря значительной степени разложения этого продукта в охлаждающей воде и большого расхода продукта, биоцид на основе перекиси водорода рекомендуется использовать в небольших охлаждающих системах.

В начале 1990-х годов компания «WEDECO» совместно с «Hoechst» и «Messer» занимаясь исследованием возможных сфер применения озона пришли к выводу, что наиболее эффективно применение озона для обеззараживания охлаждающей воды в системах предприятий. С тех пор озон стали использовать как альтернативу применения привычных биоцидов [1-4]

Озон обладая сильными окислительными свойствами прекрасно обеспечивает дезинфекцию и снижает уровень имеющихся загрязнений в охлаждающей воде вызванных, например, подпиточной водой. Также при правильном применение, озон способен повысить эффективность антикоррозийных и противонакипных ингибиторов

При использовании озона, в результате его взаимодействия с органическими соединениями, как правило не образуется каких либо побочных продуктов реакции таких как АОГ или ТГМ (тригалогенметан). При этом постоянно снижается уровень ХПК в воде [7] На графике рис.2 видно, что в результате озонирования воды , пиковые значения ХПК (например, в результате утечки из теплообменника) быстро обнаруживаются и устраняются в течение очень короткого времени [7].

Рисунок 2. Диаграмма значений ХПК до и после применения озона (озонирование начато в мае 1994 года)

При использовании гипохлорита или биоцидов на основе хлора во время таких утечек результатом будет резко увеличенный уровень АОГ. Фактически, при обработке озоном, уровень АОГ может быть постоянным ниже 0.1мг/л, (см. рис. 3 [7]).

Рисунок 3. Диаграмма значений АОГ до и после применения озона (озонирование начато в мае 1994 года)

В результате применение в качестве биоцида- озона, наблюдалось снижение скорости коррозии:

Рисунок 4. Диаграмма уровней коррозии на металлическом пробном образце (St37) до и после применения озона (озонирование начато в мае 1994 года)

Озон так же является достаточно сильным дезинфикантом. По своим дезинфицирующим свойствам он значительно превосходить традиционные средства. Механизм воздействия озона на бактерии сильно отличается от такого широко используемого в настоящее время хлора. Дело в том, что молекулы озона разрушают оболочку клетки и открывают доступ воде, что приводит к гибели клетки. Озон достаточно успешно борется с бактериями и вирусами с которыми не справляются другие агенты, в частности с таким опасным как вирус легионеллы.

Озонирование охлаждающей воды является, в целом, менее дорогостоящим, чем применение органических биоцидов. Гипохлорит, в сочетании с био-диспергирующими сурфактантами, хлор-стабилизаторами или бромом, , находится почти в том же ценовом диапазоне. На первый взгляд, использование только хлора без дополнительных химических веществ, кажется более дешевым способом обработки, однако, это приводит к увеличению уровня АОГ в расходуемой воде.

Так как общие расходы зависят от объема потребляемой энергии, принадлежностей/химикатов, обслуживания и затрат на инвестиции /амортизацию, то пропорция и местные расходы по каждой позиции в отдельности играют важную роль в определении наиболее экономичного способа обработки. Следует так же отметить и то обстоятельство, что для производства озона необходим только кислород и электроэнергия. Благодаря тому, что озон является не стойким элементом (срок «жизни» озона не велик) его необходимо производить не посредственно на месте применения, что исключает затраты на его транспортировку и хранение.

Система озонирования может быть легко смонтирована либо встроена в уже имеющуюся систему. В зависимости от конструкции системы охлаждения озон может подаваться в различные точки и разными способами. Как правило он подается после циркуляционного насоса путем бокового впрыска, его также можно добавлять в подпиточную воду или путем диспергации в резервуаре с охлаждающей водой. Необходимая доза озона колеблется от 0.05 до 0.3 гО3/м3 . Определение дозы озона главным образом зависит от:

? качества и количества подпиточной воды (поверхностная вода, скважинная вода, и т.д.)

? вида системы охлаждающей воды (открытая замкнутая система, прямоточная система, и т.д.)

? температуры охлаждающей воды

? использования других химических веществ, и прочего.

Немаловажную роль в снижении затрат является уменьшение частоты обратных промывок фильтров, что приводит к существенному сокращению объема потребляемой воды. Исследования проводимые на металлургическом заводе использующем для обработки воды, введение определенных доз органических биоцидов показали, что при. Попадании масла из системы вызывало сильный рост водорослей в самой градирне.

Фильтры были установлены со стороны частичного потока для удаления избытка частиц из системы охлаждения. Цикл обратной промывки запускается вручную всякий раз, когда перепад давления через фильтры достигает установленного предельного значения. На Рис. 5 показано постепенное увеличение интервалов между промывками примерно через 6 недель непрерывного введения озона. До использования озона интервалы составляли от 1 до 3 дней. Этот показатель вырос до 6 дней спустя примерно 6 месяцев применения озона.

Экономическая выгода определена, т.к. потери воды при обратной промывке снизились на 70%.

Рисунок 5. Интервалы промывки и уровни дозирования озона

озон вода сбросный

Суммируя оценку стоимости и эффективности применения озона (см. рисунок 4), мы получаем следующие ее составляющие:

1. Сокращение расходов по сбросу сбросной воды, связанных с сокращением уровня ХПК и АОГ в сбросной воде охлаждающей камеры.

2. Увеличение эффективности процесса (при снижении затрат) за счет лучшей теплопередачи благодаря сохранению чистоты системы.

3. Уменьшение объема как подпиточной, так и сбросной воды благодаря снижению периодичности промывки фильтра.

4. Сокращение расходов на обслуживание за счет исключения времени простоя на очистку ввиду повышения качества воды [11].

5. Сокращение расходов на управление производственным процессом и привлечение ремонтного персонала.

Учитывая вышеперечисленные косвенные статьи экономии, озонирование получается менее дорогостоящим, чем обработка с применением органических биоцидов, гипохлорита и, в большинстве случаев, еще более экономичными, чем обработка хлором. Также следует отметить бесспорные экологические преимущества использования озона.

В результате применение в качестве биоцида -озона получаем:

? долговременную защиту от микробиологии (самый низкий показатель роста);

? возможность непрерывного дозирования > озон не вызывает у микробиологи привыкания в отличие от биоцидов;

? снижение эксплуатационных расходов;

? повышение промышленной безопасности;

? отсутствие необходимости хранения/загрузки/переливания опасных химических веществ;

? сокращение численности сотрудников за счет непрерывного автоматического контроля за функционированием системы;

? гарантированный уровень ХПК и АОГ ниже предельных значений;

? более низкий уровень энергопотребления для обеспечения циркуляции охлаждающей воды;

? улучшение теплопередачи;

? очень хорошая глубина прозрачности;

? скорость коррозии менее 0,1 мм / год.

Список литературы

[1] J. Wasel-Nielen, M. Baresel: 'Kuhlwasserbehandlung mit Ozon in der Hoechst AG im Vergleich zu anderen mikrobiziden Verfahren' ('Cooling Water Treatment with Ozone at Hoechst AG in comparison with other micorbiocide methods'), VGB Conference 'Chemistry in Power Plants', Essen (Germany) October 1995.

[2] O. Leitzke, G. Greiner: 'Wasserbehandlung in Ruckkuhlkreislaufen mit Ozon' ('Water Treatment using Ozone of Recooling Circuits') Vom Wasser 67, 49-58 (1986).

[3] О. Leitzke, К. Rohleder, М. Мюррей: Ozonanwendung bei der Kuhlwasseraufbereitung' ('The Use of Ozone for Treating Cooling Water'), Colloqium-Verlag Berlin, 5th Ozone World Congress, 2 758 - 770 (1981).

[4] O. Leitzke, K. Schwammlein: 'Practical Experiences in the Ozonization of Cooling Water

Circuits', Proceedings of the First Australian Conference of the International Ozone Association in Sidney, Vol. II, 165 - 178 (1995).

[5] Allgemeine Verwaltungsvorschrift zur Anderung der Allgemeinen Rahmen-Verwaltungs- vorschrift uber Mindestanforderungen an das Einleiten von Abwasser in Gewasser vom 31. Januar 1994, Bundesanzeiger Nr. 27, 09.02.1994, p. 1077-1079.

[6] P.-H. Schweitzer: 'Behandlung von Kuhlkreislaufwasser mit Ozon' ('Treatment of Cooling

Water Circuits with Ozone'), Regional Institution for Environmental Protection, Dept. 3, report 34, Karlsruhe (Germany), October (1995).

[7] K. Schwammlein, O. Leitzke, 'Treatment of cooling tower water with ozone and a combi- nation for corrosion and scaling inhibition', Proceedings of the IOA meeting Aquatec Amsterdam, 23. - 27. September (1996)

[8] T. Dziobek, O. Leitzke, K. Schwammlein, .Ozone treatment of industrial cooling water systems., Proceedings of the IOA meeting Wasser Berlin, 21. - 25. April (1997)Размещено на Allbest.ru