ВВЕДЕНИЕ...................................................................................................................................................5
1. ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩЕГО ПОЛОЖЕНИЯ....................................................10
1.1. Анализ основных технологических процессов очистки питьевой воды............................10
1.1.1. Недостатки традиционных технологий водоподготовки ..................................................10
1.1.2. Преимущества применения процесса озонирования в процессе водоподготовки .......13
1.1.2.1. Озон как реагент с комплексным характером воздействия.........................................13
1.1.2.2. Воздействие озона на некоторые химические и биологические загрязнители .........15
1.1.2.3. Существующее положение и тенденции в использовании озона в водоподготовке 22
1.2. Особенности разработки генераторов озона высокой производительности .....................34
1.2.1. Синтез озона в барьерном разряде.........................................................................................34
1.2.2. Кинетика синтеза озона в кислороде и в воздухе................................................................38
1.3. Проблемы автоматизации процесса озонирования воды на станциях водоподготовки.45
1.4. Выводы по главе 1.........................................................................................................................49
2. ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОЗОНИРОВАНИЯ ВОДЫ ................................51
2.1. Методика проведения экспериментальных работ..................................................................51
2.2. Результаты экспериментальных работ.....................................................................................53
2.2.1. Анализ исходных данных и предварительные выводы ....................................................53
2.2.2. Результаты экспериментов озоносорбционной обработки воды в летний период.......60
2.2.2.1. Определение дозы озона на этапе первичного озонирования речной воды ..............61
2.2.2.2. Подбор оптимальной дозы озона для улучшения процесса коагуляции при рабочих
дозах реагентов ..........................................................................................................................................63
2.2.2.3. Подбор оптимальной дозы озона для улучшения коагуляции с дефицитными
дозами реагентов .......................................................................................................................................66
2.2.2.4. Определение оптимальной дозы озона для обработки воды, очищенной на
сооружениях................................................................................................................................................67
2.2.2.5. Оценка эффективности озоносорбционной очистки воды............................................68
2.2.2.6. Выводы по результатам экспериментов в летний период ............................................70
2.2.3. Результаты обработки воды озоном в зимний период.......................................................71
2.2.3.1. Определение оптимальной дозы озона на первичном озонировании речной воды.71
2.2.3.2. Определение возможности окисления железа и марганца с использованием
высоких доз озона на этапе первичного озонирования при исходных показателях рН
речной воды...............................................................................................................................................73
2.2.3.3. Определение оптимальной дозы озона на этапе первичного озонирования при
повышенных показателях рН речной воды.........................................................................................74
2.2.3.4. Определение влияния первичного озонирования с временем контакта 10 минут
при повышенных показателях рН речной воды на последующий процесс коагуляции,
отстаивания и фильтрации .....................................................................................................................75
3
2.2.3.5. Определение влияния первичного озонирования с временем контакта 20 минут
при повышенных показателях рН речной воды на последующий процесс коагуляции,
отстаивания и фильтрации .....................................................................................................................78
2.2.3.6. Определение оптимальной дозы озона на этапе озонирования фильтрата МВОС .80
2.2.3.7. Определение оптимальной дозы озона на этапе озонирования фильтрата МВОС с
увеличенным значением рН в диапазоне 8-9 и временем контакта озона с водой 20 минут .....81
2.2.3.8. Определение эффективности озоносорбции с временем контакта 10 минут при
исходных значениях рН фильтрата МВОС..........................................................................................82
2.2.3.9. Определение эффективности озоносорбции с временем контакта 10 минут при
значениях рН фильтрата МВОС выше 7,5...........................................................................................83
2.2.3.10. Выводы по результатам экспериментов в зимний период............................................85
2.2.4. Распространение результатов экспериментов на прогнозируемые показатели
качества воды в различные периоды года...........................................................................................86
2.3. Моделирование кинетики обработки воды озоном для определения требуемой дозы ...90
2.4. Обобщение результатов экспериментов, проведенных на различных водоисточников 95
2.5. Выводы по главе 2.........................................................................................................................98
3. ГЛАВА 3. Результаты экспериментов по определению конструкции генератора озона
высокой производительности...............................................................................................................100
3.1. Модельный генератор озона. Озонатор-1...............................................................................100
3.1.1. Описание конструкции и методики определения активной мощности генератора
озона - «Озонатор-1» ...............................................................................................................................101
3.1.2. Синтез озона в генераторе озона «Озонатора-1»...............................................................105
3.1.3. Влияние давления и перенапряжения на кинетику синтеза озона................................109
3.1.4. Удельные энергозатраты на синтез озона ..........................................................................111
3.1.5. Выводы по результатам экспериментов с Озонатором-1................................................112
3.2. Блок из 15 эмалированных электродов пластинчатого типа. Озонатор-2.......................113
3.2.1. Описание конструкции и методики проведения экспериментов...................................113
3.2.2. Кинетика синтеза озона из воздуха. Озонатора-2 .............................................................118
3.2.3. Выводы по результатам работы с Озонатором -2.............................................................120
3.3. Генератор озона ГО25МС..........................................................................................................120
3.3.1. Кинетика синтеза озона в генераторе ГО25МС и выводы по результатам
экспериментов..........................................................................................................................................123
3.4. Выводы по главе 3.......................................................................................................................125
4. ГЛАВА 4. Разработка структуры озонаторного комплекса и системы управления
процессом озонирования........................................................................................................................127
4.1. Определение состава оборудования озонаторного комплекса ...........................................127
4.1.1. Система подготовки воздуха (СПВ).....................................................................................129
4.1.2. Система синтеза озона (ССО) ...............................................................................................133
4.1.3. Система подачи и диспергирования ОВС (СПД)..............................................................137
4.1.4. Система отвода и деструкции (СОД)...................................................................................144
4
4.2. Разработка системы управления для обеспечения дозы озонирования воды на станциях
водоподготовки........................................................................................................................................150
4.2.1 Нечеткий алгоритм управления дозой озона в контактных бассейнах........................151
4.2.1.1 Формулирование задачи управления расходом воздуха в контактных бассейнах ....151
4.2.1.2 Математическая модель управления расходом воздуха в контактных бассейнах ....152
4.2.1.3 Нечеткий алгоритм управления расходом воздуха в контактных бассейнах.............155
4.2.1.4 Реализация системы управления СПД ...............................................................................157
4.2.2 Разработка нечеткого алгоритма управления концентрацией озона в тракте ОВС.161
4.2.2.1 Формулирование задачи управления концентрацией озона в ОВС .............................162
4.2.2.2 Математическая модель управления концентрацией озона в ОВС..............................162
4.2.2.3 Нечеткий алгоритм поддержания концентрации озона в потоке ОВС........................167
4.2.2.4 Реализация системы управления ССО ...............................................................................169
4.3 Выводы по главе 4.......................................................................................................................173
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.......................................................................................................................................175
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ ...................................................................................................................177
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ .....................................................................................................................179
