Озонирование

Современные подходы к процессам обработки воды бассейна.

Озонирование как лучший метод водоподготовки воды в бассейне

В этом материале хотелось бы обратить внимание на системы обработки циркуляционной воды бассейнов комбинированным методом с применением озона. При этом мы не будем критиковать «волшебные» методы водоподготовки, чрезвычайно активно рекламируемые сейчас, такие, например, как метод «активного кислорода» (кислородно-пероксидный метод) или метод обработки воды серебром. Просто скажем, что в качестве самостоятельных технологических решений для систем очистки воды в общественных бассейнах, например, в Германии, они запрещены. Так же не будем противопоставлять озонирование методу обработки воды ультрафиолетовым облучением. УФ облучение достаточно хорошо изучено, давно и широко применяется, и заслуженно является одним из лучших способов борьбы с бактериями, в том числе, в воде.
Мы же расскажем о некоторых тонкостях и преимуществах метода озонирования, что, как нам кажется, будет полезно знать и заказчикам, и эксплуатирующим организациям, и всем, кто интересуется системами очистки воды в бассейнах.

Применение озона в циркуляционной системе подготовки воды в бассейне можно назвать оптимальным как с точки зрения технологичности метода (способа), так и с точки  зрения эффективности воздействия озона на загрязнения, содержащиеся в воде.
Если есть готовность пойти на несколько большие инвестиционные и эксплуатационные затраты для достижения превосходных бактериологических, химических и органолептических показателей воды в бассейне, то озонирование никого не разочарует. Эффективность озонирования подтверждается, например, тем, что в Германии в терапевтических бассейнах медицинских учреждений, в соответствии с немецкими законами, применение этого метода является обязательным. Очистка воды в бассейнах комбинированным методом с применением озона широко распространена во Франции, Японии, Германии, США, Австралии и ряде других стран.

Озон (О3), активная форма кислорода (О2), является сильнейшим и самым чистым средством дезинфекции и окисления в технологии водоподготовки. Эти свойства обусловлены высокой энергией его разложения (распада) и высвобождаемого при этом кислорода, что ведет к значительному снижению в воде уровня органических и неорганических примесей, таких, например, как мочевина, гуминовые и фульво-кислоты и т.п. К тому же, при использовании озонирования и хлорирования разрушаются, обычно сопутствующие процессу хлорирования продукты, такие как хлорамины, тригалогенметаны и т.д. Одновременно, вода сохраняется абсолютно прозрачной. Кроме того, озонирование позволяет снижать дозу вводимого хлора, требующегося для поддержания бактерицидности воды в бассейне, до минимума, ниже порога чувствительности человеческого осязания, то есть с 0,3 – 0,5мг/л, до 0,1 – 0,3мг/л, что уменьшает, соответственно, количество активного хлора в так называемой «зоне дыхания» пловцов, плюс уменьшает глазные, слизистые и кожные аллергические и прочие реакции на воду со стороны купающихся.

Так как наши СанПиНы не дают четких методик обработки воды с помощью озонирования (несмотря на то, что этот метод указан в качестве одного из основных в п. 3.4 в СанПиН 2.1.2.1188-03 и в СанПиН 2.1.2.1331-03), обратимся к немецким стандартам, принятым почти во всём мире как эталон, а именно к DIN 19643, часть 3 и 4, регламентирующих системы водоподготовки плавательных бассейнов, в т.ч. и с помощью озонирования.
Сам озон подвержен очень быстрому распаду, что не позволяет  хранить его (а также транспортировать) ни в сжиженном виде, ни в виде раствора. Этим определяется обязательное расположение оборудования генерирования озона в непосредственной близости от места его ввода в систему циркуляции воды бассейна в процессе прямого, или так называемого, косвенного озонирования. В соответствии с вышеуказанными нормативами озон требуется вводить в воду в следующих дозах относительно единицы обрабатываемой воды и ее температуры:
≤ 28 С                          ≥ 0,8 г/м3
28 - 32 С                      ≥1,0 г/м3
33 - 35 С                      ≥1,2 г/м3
≥ 35 С                          ≥ 1,5 г/м3
Увеличение дозы вводимого озона при температуре воды > 28 С связано с тем, что с повышением температуры происходит значительное ускорение реакции распада озона, а также падает его растворимость в воде.
Озон вводится в воду в виде озоно-воздушной смеси (ОВС), получаемой из окружающего воздуха в установке генерирования озона - озонаторе. Для того чтобы говорить о каком-либо эффективном воздействии на воду, озона в озоновоздушной смеси должно быть не менее 20г на 1м3 воздуха. Об этом говорит пункт 4.4.1 DIN 19643 часть 4. В настоящий момент, такую концентрацию дают озоногенераторы, работающие на принципе барьерного разряда. То есть, если мы говорим об озонировании, как методе обработки воды, мы говорим об оборудовании, способном вырабатывать необходимое количество озона, с требуемой концентрацией в озоно-воздушной смеси. Поэтому, хотелось бы обратить особое внимание технических специалистов, заказчиков, инвесторов и потребителей, и предостеречь от сомнительной практики продаж и приобретения «озонаторов», в которых лозунг «озон» служит лишь для внушения потребителю – «купи!», в то время, как предлагаемое оборудование производит лишь «озоновый запах». К этим, так называемым «озонаторам», можно отнести устройства, работающие на принципе ультрафиолетового облучения воздуха, и устройства на коронном разряде. В этих «озонаторах» невозможно достичь не только требуемой концентрации озона (которая, например, в «УФ-озонаторах» колеблется от 0,6 до, максимум, 6 г/м3), но и стабильной производительности. И, как следствие, невозможно измерить и контролировать то, что эти устройства производят. В «УФ-озонаторах» озон вообще является побочным продуктом и может служить лишь рекламной вывеской (но никак не описываемым «правильным продуктом»).
Стоит обратить внимание на технические характеристики подобных устройств (все-таки, называть их «озонаторами» язык не поворачивается). Во-первых, в этих данных никогда не приводится величина концентрации озона в озоновоздушной смеси, и, во-вторых, практически, никогда не указывается производительность устройства. Обычно, пишут «достаточно для бассейна объемом Х м3», или «достаточно для циркуляционного расхода Y м3/ч». Хотелось бы спросить производителя и продавца, что это за техническая категория - «достаточно»!? К тому же, в рекомендациях по установке подобных устройств, в схеме водоподготовки может отсутствовать или реакционная емкость, или деструктор остаточного озона, либо указывается точка ввода «озона» в трубопровод, непосредственно подающий отфильтрованную воду в чашу бассейна, что уже указывает на «неправильность» технологии и применяемого в ней оборудования.
СанПин 2.1.2.568-96 указывал в п.2.16, что «Озонаторная установка должна быть оснащена дегазатором для удаления озона из озоно-воздушной смеси, а также иметь камеру смешения для контакта воды с озоном». В новом СанПин 2.1.2.1188-03 вышеприведенная фраза сократилась в п.2.16 до «Озонаторная установка должна иметь дегазатор для нейтрализации непрореагировавшего озона, выбрасываемого в атмосферу». Даже эти несовершенные описания говорят нам о некоторых обязательных атрибутах в составе оборудования озонирования.

Нормы DIN 19643 часть 3 предусматривают следующую методику обработки циркуляционной воды в бассейне: «флокуляция —› песчано-гравийный напорный фильтр —› озонирование —› реакционная емкость —› многослойный сорбционный фильтр —› хлорирование и коррекция pH».
Озон, вырабатываемый озонатором, подается, в виде озоно-воздушной смеси, в воду через специальный инжектор.
Так как степень эффективности обработки воды озоном зависит от времени его нахождения в воде и степени его перемешивания с ней, то применяются, как правило, турбулентные смесители, после которых вода, перемешанная с озоно-воздушной смесью, попадает в реакционную емкость. Принято, что время контакта озона с обрабатываемой водой должно составлять не менее 3 минут, соответственно, объем реакционной емкости рассчитывается по следующей формуле:

V=Q*3/60 (м3), где:

V-объём реакционной емкости м3;
Q - циркуляционный расход, м3/ч.
В этот расчет нельзя включать объем следующего по циркуляционному контуру многослойного сорбционного фильтра, в котором, на ступени активированного угля, непрореагировавший в реакционной емкости озон в процессе каталитического и химического разложения превращается в углекислоту (СО2) и кислород (О2). Скорость потока на этих фильтрах не может превышать 50 м3/ч.
Содержание озона в воде перед фильтром с активированным углем не должно превышать 0,01 мг/л. А в воде бассейна озон должен отсутствовать.
Возможный остаток непрореагировавшего озона по вентиляционным трубопроводам от реакционной емкости и многослойного сорбционного фильтра должен проходить через деструктор озона, после которого содержание озона в воздухе не должно превышать 0,1 ppm (0,1г на 1кг воздуха), и далее этот трубопровод должен выходить на улицу для последующего рассеивания. (для справки: озон - бесцветный, сильно-пахнущий и крайне опасный газ, тяжелее воздуха в 1,6 раза). 
Для обеспечения безопасной эксплуатации все установки озонирования содержат аварийный датчик уровня озона в воздухе рабочей зоны озонатора в зависимости от принятой  схемы автоматизации оборудования, и, в случае превышения содержания озона выше нормируемых предельных величин, либо сигнализируют о возникшей неисправности, либо автоматически отключают озонаторную установку с выдачей соответствующего аварийного сигнала.
Укажем основные достоинства озона для обработки воды в бассейне, обусловленные его физическими и химическими свойствами:
- быстрое и гарантированное уничтожение болезнетворных бактерий;
- инактивирование вирусов;
- снижение уровня органических загрязнений (например, мочевины и т.п.);
- снижение уровня неорганических загрязнений (растворенное железо, марганец и т.п.);
- исключение в бассейне запаха азотсодержащих соединений (например, хлорамины и т.п.);
- улучшение органолептических свойств воды (вкус и эстетический вид за счет окисления и обогащения воды кислородом);
- предотвращение или снижение реакций кожи и слизистой глаз.
Озонирование предоставляет возможность снизить в циркуляционной воде содержание тяжело удаляемых другими методами соединений железа, марганца, серы и азота. Железо, например, после озонирования в виде хлопьев гидроксида железа задерживается на последующем фильтре. Т.е. этот метод усиливает и поддерживает флокуляцию, что не происходит ни при каком другом комбинированном методе водоочистки.
В заключение хотелось бы еще раз определить те немногие, но обязательные условия проведения процесса и атрибуты оборудования водоочистки, при наличии которых можно говорить об озонировании:
- концентрация озона в ОВС ≈ 20г О33;
- указана производительность озонатора в г/ч;
- инжектор;
- смеситель (не обязателен, но значительно повышает эффективность озонирования);
- реакционная емкость (контактный резервуар);
- многослойный сорбционный фильтр;
- дегазатор (деструктор остаточного озона);
- аварийная система контроля содержания озона в воздухе рабочей зоны озоногенератора.

В общем и целом, исходя из нашей длительной практики проектирования, монтажа и эксплуатации систем водоподготовки общественных (особенно) и частных бассейнов, можно уверенно утверждать, метод озонирования представляет посетителям и большого водного комплекса, и малого бассейна самую лучшую воду для здоровья, плавания и развлечений.

 

Андрей Халтурин, исполнительный директор ООО «ЭКТИС»

 

 

Статья разрешена к публикации только в настоящей редакции. Сокращения, изменения, вставки и пр. изменения недопустимы.

Эффективность сочетания в водоподготовке методов хлорирования и озонирования.

Вода - главная составляющая любого водного комплекса - спортивного или оздоровительно-развлекательного -  будь то аквапарк  или плавательный   бассейн. И именно о том,  как сделать и поддерживать ее чистой, приятной и безопасной для здоровья детей и взрослых, спортсменов и просто купающихся, мы сегодня и поговорим.
Под безопасностью мы будем понимать высокую и стабильную  санитарно-эпидемиологическую надежность воды в сочетании с тем, что ее качество строго соответствует нормативным требованиям по химическому составу и органолептическим свойствам.
Начнем по порядку. От печки, с того, как обеспечивают безопасность и комфорт купающихся современные технологии водоподготовки бассейнов.
Современные технологии подготовки и очистки циркуляционной воды включают в себя следующие основные этапы:
коагуляцию (флокуляцию) 
фильтрование
дезинфекцию и окисление 
а также дополнительные стадии:
сорбционную доочистку
регулирование рН
корректировку  жесткости и щелочности циркуляционной воды.
Чтобы эти процессы реализовывались в полной мере и в полном объеме, бассейн сам по себе или в составе аквапарка должен:

1) обладать хорошими гидравлическими характеристиками, т.е. не иметь «мертвых» зон и завихрений, чтобы в процессе циркуляции вода за короткий промежуток времени равномерно покрывала все пространство в бассейне и также кратчайшим путем, отработанная, удалялась из бассейна через перелив;

2) заполняться и подпитываться только водой, имеющей эпидемиологическую и санитарно-гигиеническую чистоту питьевой воды;

3) иметь соответствующую систему подготовки и очистки воды, а также быть оборудованным автоматической системой контроля качества воды и дозирования реагентов;

4) иметь систему отвода промывных вод в канализацию, обеспечивающую эффективную промывку фильтров в полном объеме.

Аквапарк же, в дополнение к сказанному, должен иметь еще более совершенный уровень водоподготовки, который учитывал бы все особенности аквапарка по сравнению с просто бассейном и гарантировал посетителям безопасный и комфортный отдых.
При этом мы упростим себе задачу и будем считать, что исходная вода, используемая для первоначального заполнения и подпитки, полностью удовлетворяет нормативным требованиям и по органолептическим, и по химическим, и по санитарно-эпидемиологическим показателям.
Кстати о нормативах. Очень бы хотелось в своей работе руководствоваться только российскими стандартами. Ведь есть и СанПиН по бассейнам, и СанПиН по аквапаркам, и СанПиН по питьевой воде.
Но изложенные в них требования и рекомендации в лучшем случае скупы и неинформативны, а зачастую противоречивы и непоследовательны. Если честно, создать бассейн, а тем более аквапарк, как комплекс, включающий развитую индустрию водных развлечений и комфортного отдыха, на основе только этих нормативов, даже приложив все свои знания и немалый опыт, практически невозможно.
Вместе с тем, в Европе, как и во всем мире, уже не одно десятилетие существуют нормативные документы, в которых четко, подробно, доходчиво  последовательно и обоснованно изложены и соответствующие требования, и условия их выполнения, и руководство к действию. Более того, на основе этих стандартов построены и уже много лет успешно эксплуатируются сотни бассейнов и аквапарков, и открытых и крытых – на любой вкус! Выпущен целый ряд книг и пособий, которые помогают грамотно, ответственно и рационально создавать индустрию спорта, здоровья и развлечений на воде. Поэтому, следуя скупой букве российских стандартов, мы в своей работе не можем не использовать и европейский опыт, и, в частности, немецкие стандарты (DiN’ы), тем более что заметная часть технологического оборудования наших объектов  импортируется из стран Европы - Германии, Испании, Италии, Швеции.
Итак, что же обуславливает важность и необходимость как самой дезинфекции, так и оптимального сочетания ее с другими процессами водоочистки?
В воду бассейна с посетителями  или из окружающей среды постоянно попадают разного рода загрязнения. Даже после основательной очистки тела купальщика, в воду, в частности, из полости рта, со слизистых поверхностей, с кожных покровов, попадает около 35 миллионов бактерий, а также от 2 до 5г органических субстанций, таких как частицы кожи, волокна текстиля, волосы,  остатки косметики, средств по уходу за телом – т.е. питающих эти бактерии веществ. Эмпирически принимается во внимание, что купальщик, большей частью непреднамеренно, принимает внутрь во время купания от 50 до 60 мл бассейновой воды. Это еще раз убеждает нас в том, что вода должна соответствовать действующим предписаниям по гигиене и ни в коем случае не должна быть ни возбудителем, ни переносчиком болезни. Это значит, что при эффективной и правильной водоподготовке вредные для здоровья микробиологические загрязнения, такие как бактерии, вирусы, водоросли или их споры оптимально дезактивируют и одновременно удаляют из воды бассейна вместе с питающей их средой, а все прочие органические и неорганические примеси окисляют и переводят во взвешенное состояние, а затем отфильтровывают.
Таким образом, процессы очистки и дезинфекции воды бассейна как реагентные, так и безреагентные должны обеспечить инактивацию микроорганизмов, разрушение  и удаление их субстанций и питающей их среды фильтрованием. Способные к окислению  органические материалы в воде бассейна, которые не будут поддаваться фильтрованию, нужно частично разрушать или сокращать добавлением окислителя и переводить в фильтруемую форму.
Обеспечить и гарантировать это можно только при соблюдении трех простых и важных условий, известных в мире уже почти 20 лет!

1. Постоянная дезинфекция в самом бассейне, когда в воде бассейна постоянно находится соответствующий избыток  свободного действенного дезинфектанта, чтобы достаточно эффективно и длительно воздействовать на воду. 

2. Удаление (окисление) органических примесей, которые не могут улавливаться фильтровальной установкой. Это означает, что дезинфектант должен обладать свойствами окислителя, либо окислитель должен постоянно вводиться дополнительно.

3. Простая и надежная возможность измерения дезинфицирующего воздействия в воде плавательного бассейна.

Казалось бы так просто и четко! И все знают ответ:
Только хлор и содержащие его реагенты отвечают всем этим требованиям! Но снова и снова наше внимание стараются привлечь к «революционным» дезинфицирующим средствам или способам дезинфекции, представляя дело так, как будто удалось найти решение всех проблем.
Хлор -  но ведь это слишком просто, доступно, дешево и совсем немодно! Обойдемся без него – ведь есть ультрафиолет, бром, иод, кислород, медь, серебро и еще целый «вагон и маленькая тележка» бесхлорных методов и безреагентных процессов!
Мы критиковали и будем их критиковать, потому что и здравый смысл, и профессиональные знания, и накопленный опыт доказывают нам, что хлор - один из самых надежных в эпидемиологическом отношении дезинфектантов, обладающий длительным обеззараживающим эффектом.  И потому он должен являться обязательной составляющей процесса обеззараживания и очистки воды современного бассейна.
Конечно, при неграмотном подходе или неэффективных режимах проведения процесса хлорирования (передозировка) возникает целый ряд неприятных проблем, которые прежде всего касаются ухудшения органолептических  показателей воды и вызывают у посетителей раздражение слизистой, сухость кожи и т.п. Это, в основном, связано с тем, что, реагируя с органическими загрязнениями воды бассейна, хлор образует трудноокисляемые галогенпроизводные углеводородов (галометаны, хлорфенолы), а с мочевиной - хлорамины и т.п. Поэтому, обеспечивая с помощью хлорирования барьерный эффект обеззараживания, целесообразно комбинировать его с другими методами обработки воды, что позволяет снижать уровень остаточного хлора в воде бассейна.
Интересным и достаточно распространенным является сочетание процессов хлорирования и УФ-обеззараживания.
Однако, самым грамотным, эффективным, надежным и перспективным способом, гарантирующим эпидемиологическую безопасность, свежесть и комфортность воды бассейна, можно считаем комбинацию  методов хлорирования и озонирования. И вот почему.
Озонирование является одним из самых современных методов обработки воды бассейна.
Озон (О3), по своим бактерицидным свойствам, является одним из сильнейших и чистейших окислителей, которые применяются, в том числе, и для обработки воды бассейна.
Озон, кроме того, приемлем для окружающей среды, так как он очень быстро реагирует с веществами, содержащимися в воде, и затем очень быстро, не оставляя неприятных осадков, преобразуется в кислород
Озон, несмотря на свою очень короткую «жизнедеятельность», обладает целым рядом преимуществ. Он имеет более высокий, по сравнению с другими химическими элементами, окислительный потенциал, а значит, и более выраженное бактерицидное действие. Озон характеризуется высокой проникающей способностью и поражающим действием – он разрушает даже протоплазму клеток. Скорость реакций окисления с участием озона в 15-20 раз выше, чем с хлором. Требуемая доза озона обычно в 2-3 раза меньше, чем доза хлора. Озон способствует более эффективному протеканию процессов осветления, удаляет из воды запахи и привкусы, разрушает как саму мочевину, так и хлорамины, трудноокисляемые хлорорганические соединения (тригалогенметаны, хлорфенолы), делая воду бассейна кристально чистой и комфортной для плавания и купания.
К недостаткам озона можно отнести:
1) короткий срок жизни (отсутствие пролонгирующего действия)
2) образование в ряде случаев продуктов окисления - карбонильных соединений, перекисных радикалов, диоксинов и т.п., что особенно ощутимо при окислении вод с повышенной цветностью.
Однако, в первом случае на помощь как раз и приходит хлор, который обеспечивает тот пролонгирующий эффект, которого так недостает озону, а во втором – активированный уголь, в процессе адсорбции на котором все эти примеси эффективно и полностью удаляются из воды на стадии ее сорбционной доочистки.
Из всего вышесказанного следует, что действие озона универсально: и бактериологическое, и органолептическое, и физическое, и, если бы не отсутствие пролонгирующего эффекта, он был бы действительно незаменим.
Кроме того, окисляя компоненты свежей воды, а также вносимые купающимися неподвластные хлору органические и неорганические загрязнения (мочевину, углеводороды, фенолы, красители), озон не только делает воду бассейна кристально чистой и комфортной для купающихся, но и заметно снижает расход вводимого гипохлорита натрия, оставляя хлору лишь роль барьера и хранителя благополучной эпидемиологической обстановки в чаше.
Таким образом, комплексное использование метода озонирования и хлорирования позволяет, по сравнению с технологией без озонирования, не только снизить до 0,3мг/л  «барьерный» уровень хлора как дезинфектанта, но и заметно уменьшить его расход как окислителя.
К тому же, озон,   делая воду чистой и свободной от органики и мочевины, заметно снижает степень перехода свободного, более реакционно способного и органолептически приемлемого хлора, в связанное состояние, тем самым также способствуя экономии применяемых хлорсодержащих реагентов и повышению эффективности их использования.
В итоге, в зависимости от характера водоисточника и качества исходной воды, которая используется для заполнения и подпитки бассейна, а также условий эксплуатации бассейна (температуры и состава воды, чистоплотности купающихся, профессионализма и компетентности обслуживающего персонала), применение озонирования обеспечит не только кристально чистую, приятную  и в высшей степени надежную в санитарно-эпидемиологическом отношении воду бассейна, но и снижение расхода хлорсодержащих реагентов на 50-70%.

И при этом абсолютно гарантирована полная комфортность и высокая эпидемиологическая безопасность воды бассейна, а значит, и хорошее самочувствие купающихся, их бодрый настрой и, что очень важно - желание посетить бассейн или аквапарк снова.

 

Статья разрешена к публикации только в настоящей редакции. Сокращения, изменения, вставки и пр. изменения недопустимы