Использование озона в очистке воды плавательного бассейна

Введение

Озон, O₃, неустойчивый газ, используется в коммерческих целях для обеззараживания воды и имеет характерный запах. В природных условиях озон образуется в процессе фотохимических реакций в Геомагнитной стратосфере, но существует в основных уровнях только на низких концентрациях. Это - наиболее мощный окислитель (оксидант), используемый в обработке воды плавательного бассейна и уничтожает морские водоросли, бактерии, активные вирусы и окисляет большинство органических и неорганических загрязнений, которые присутствуют в воде в виде водных растворов. Его многократное повторное использование не образует остаточных высоких концентраций твердых растворимых веществ, как при использовании обычных химических веществ.

Необходимо учесть, что очистка воды плавательного бассейна уникальна, из-за различных типов загрязнений, которым она подвержена. Большинство этих загрязнений вносятся самими пользователями бассейна и они должны быть удалены или разрушены (бактерии, вирусы, органика, пот, волосы, косметика, и т.д.). Кроме того, в наружные бассейны попадают загрязнения из окружающей среды (насекомые, пыль, листья и атмосферные осадки). Из-за больших объемов, вода должна восстанавливаться по замкнутой схеме, предотвращая дополнительные расходы на слив, наполнение, подогрев и первичную обработку воды бассейна.

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ: обработка воды плавательного бассейна намного более сложная из-за необходимости проводить ее многократно, чем очистка питьевой воды, которая проводится единоразово.

История развития озоновой технологии

Впервые озон был получен искусственно в результате эксперимента в 1840г, проводимого Шонбейном. Он наблюдал специфический аромат во время электролиза и сопутствующих опытов. Этот резкий специфический запах наблюдался после вспышки молнии. Он назвал этот новый материал - озоном, словом, полученным от Греческого слова, "ozein", означающим "для запаха".

Самые ранние эксперименты на использование озона, как альгицида (антисептика), проводились в 1886 в г. Меритенс во Франции. В 1893, первый завод обработки питьевой воды, использующий озон для обеззараживания, был построен и использовался вОутшуме, Нидерланды. Заводы, использующие озон в качестве дополнительного обеззараживающего агента на ряду с обычными способами обработки воды, в 1902 и1903 г. были построены в Пэдборне и Вэстбене. В 1907 г. Найс, Франция начал применение нового генератора озона для очистки воды, поставляя 22 500 м³ в день для нужд города. Этот завод Бона Рейса, использовался непрерывно до 1970, пока не был введен в действие новый, современный и более высокого качества генератор озона. По меньшей мере 2000 действующих заводов для обработки питьевой воды во всем мире используют системы озонации, и более чем половина из них расположена в Европе.

Характерный запах озона, связанный с молнией был известен издревле, о чем свидетельствуют древние легенды и баллады (четыре примера действия молнии и связанного этим запаха цитируются в Илиаде и Одиссее). Гоммер назвал этот запах "сульфитным запахом". Озон был сначала описан правильно в 1786 исследователем Марримом. Он нашел характерный запах, когда в пределах закрытого объема над водой производились электрические разряды и он приписывал этот запах к электрическому току. Шонбейна можно считать истинным открывателем озона. В 1840, он изолировал этот газ и назвал это озоном (От греч. "чтобы пахнуть"). В природе озон получается в результате воздействия ультрафиолетового излучения на кислород геомагнитной стратосферы. Предполагается, что две зоны относительно высокой озоновой концентрации окружают Землю. Они находятся на высоте от 25 до 55 км , и их оцененный объем - приблизительно 3.5 тысячи миллиона тонн. Варнер ван Сименс в 1857 впервые сконструировал аппарат, пригодный для производства озона в большом количестве для производственных целей и это стало серьезным прорывом вперед в области очистки питьевой воды. Например, такая установка на очистной станции в Петербурге, Россия использовалась для окисления органических материалов (расщепления) и для дезинфекции.

 Реакции озона в водных растворах

Начиная с момента установки во Франции первого озонового генератора для обработки питьевой воды, озоновая технология развивалась и нашла свое основное применение и как дезинфекант и как оксидант при очистке сточных вод.

Бактериальная дезинфекция

Французы стали первыми в области использования озона бактериальной дезинфекции. О'Донован указывает, что обычная дозировка озона для очистных сооружений для обработки питьевой воды составляет от 1.5 до 2 мг/л. Когда в воде присутствуют органические и неорганические материалы, необходимый требуемый уровень озона должен быть обеспечен изначально. Таким образом, дозировка озона, требуемая для достижения необходимой бактериальной дезинфекции может быть выше упомянутого диапазона. Обычно при использовании озона в качестве дезинфеканта, стремятся также обеспечить вирусную инактивацию.

Вирусная инактивация

В результате проведенных исследований Доктором Коином и его сотрудниками, было доказано, что при концентрации озона в воде в количестве 0,4 мг/л и поддержании этой концентрации по меньшей мере 4 минуты, уничтожается по крайней мере 99,9% вирусов полеомелита типа 1, 2 и 3. В дальнейшем при применении озона для обработки воды, санитарные службы Франции руководствовались именно этим правилом- инактивации как можно большего количества наиболее опасных болезнетворных вирусов.

Контроль роста морских водорослей

В теплое время года, когда в воде присутствуют необходимые питательные вещества, наблюдается усиленный рост морских водорослей. Применение озонации для обработки воды нарушает метаболические процессы большинства форм водорослей, окисляя необходимые для их роста органические компоненты.

Использование озона для обработки воды в плавательных бассейнах

Бактериальная дезинфекция, вирусная инактивация, окисление растворенного железа и марганца, разрушение органически связанного марганца (окисление), окисление окрашенных микроскопических частиц, улучшение вкуса, удаление неприятного запаха, прекращение роста морских водорослей и окончательное их разрушение, окисление веществ органического происхождения (фенолы, моющие средства, пестициды), микрохлопьеобразование растворенных (взвешенных в воде) органических веществ, окисление неорганических веществ (цианиды, сульфиды, нитриты), предварительная обработка воды для биологических процессов очистки (на песке, антраците, атомном уровне).

После Второй Мировой Войны начался рост строительства плавательных бассейнов в Европе (1946) и с тех пор постоянно увеличивается. В связи с тем, что промышленное производство постоянно увеличивается, загрязнение окружающей среды стало серьезной проблемой. Загрязнение сказывается на качестве воды в зонах отдыха (реки, озера и на побережье) к такой степени, что возникла необходимость строительства изолированных водоемов с замкнутой схемой очитки. Быстрый рост строительства плавательных бассейнов с собственной системой очистки, способствовал инженерно – техническому прогрессу в области систем регенерации воды. Были начаты исследования процедуры обработки воды плавательного бассейна, таким образом развивая и увеличивая технические требования, создавались новые правила и инструкции, управляющие проектированием, строительством, систем очистки воды и процедуры дезинфекции.

В первую очередь это были инструкции по обработке воды плавательного бассейна, которые ставили своей целью предотвратить инфицирование пловцов бактериями и вирусами, содержащимися в воде. Европейские страны требовали применять хлор для обработки воды, и дальнейшие исследования в этой области казались неперспективными. Правительство США не вводило никаких ограничений по способам обработки воды и руководствовалось конечным результатом, поэтому именно из США к нам пришли новые альтернативные методы. Из-за отсутствия правительственных инструкций, они были способны изучать и развить новые методы. Одно из различий в Европейских разработок по сравнению с концепциями Соединенных Штатов - процедура очистки воды плавательного бассейна, разделенная на две области:

1. Цикл очистки воды, который начинается, когда вода забирается из бассейна и заканчивается до того, как вода вернется в бассейн;
2. Цикл дезинфекции, который должен проводиться только после окончания цикла очистки воды и до того, как вода попадет в бассейн.

Европейская концепция заключается в том, что вода должна быть очищена и дезинфицирована, независимо от ее состава. Наиболее важным считается предотвращение инфицирования купальщика, в последнюю очередь учитываются комфортность избранного метода обработки воды, его воздействие на здоровье. В то время как в США на первое место ставится результатирующий индекс состава воды - меньший 100 единиц и полное отсутствие E. coli - индекса «беспокойства» в отношении таких воздействий на купальщика, как раздражение глаз и слизистых оболочек, воспаление среднего уха, неприятный вкус, запах и непрозрачность воды. Несмотря на то, что все эти параметры качества и состава воды в плавательном бассейне четко отражены в правилах и инструкциях по уходу за водой, не все владельцы бассейнов их придерживаются, а по большей части просто игнорируют.

Вообще, Европейская процедура механической очистки воды плавательного бассейна включает: грубую очистку от крупных частиц при фильтрации, хлопьеобразование более мелких частиц, нагнетательную песочную фильтрацию, озонацию в контактной камере, прохождение воды через слой активированного угля (для удаления свободного озона). Система очитки воды плавательного бассейна в США включает: грязевый фильтр, нагнетательную песочную фильтрацию, регуляция уровня pH и инжекция хлора перед возвращением обращенной воды в бассейн.

Озон совместно с хлорацией

Озон при использовании его совместно с хлором при обработке воды плавательного бассейна приобретает много преимуществ. В основном, при их совместном использовании, озон выступает в роли основного дезинфеканта и агента антибактериальной обработки, а хлор – как средство немедленной необходимой дезинфекции. Фактически, озон может использоваться, и как хлопьеобразующее средство (коагулянт) и как дезинфекант в дополнение к выпадающее хлопьями исполнительное устройство и как дезинфекант в дополнение любым избранным методам дезинфекции. Применение озонатора позволяет за счет хлопьеобразования удалять коллоидные частицы, содержащиеся в воде, которые создают помутнение, а также бактерии и вирусы. Из воды, прошедшей через песчаные фильтры, удаляется осадок (образовавшиеся хлопья) и в результате вода в бассейне становится действительно кристальной, абсолютно прозрачной, а за счет насыщения ее кислородом она приобретает голубоватый оттенок.

Преимущества и недостатки применения озона и хлора для очистки воды плавательного бассейна

1. Хлор черезвычайно ядовит, особенно газ хлора.
2. Агентством по охране окружающей среды США озон при его концентрации в воздухе в 1.0 мг/л – оценен как яд. Озон имеет резкий запах, который различим при его концентрации в воздухе в 0,01 мг/л и на высоких уровнях является высоко раздражающим веществом.
3. Хлор, хранящийся в виде газа в баллонах под давлением опасен при транспортировке и длительном хранении.
4. Озон может производиться в местных условиях
5. Свободный хлор может образовывать нерастворимые соединения (хлорамины, хлороданты), с некоторыми аминокислотами, которые трудно вывести из воды и которые вызывают раздражение слизистых оболочек и глаз.
6. Стоимость хлора постоянно увеличивается в связи с трудоемкостью процесса его получения транспортировки, хранения. Озон, наоборот, становится менее дорогим из-за увеличения его эффективности(КПД) и снижения энергетического потребления генераторов озона.
7. Озон - наиболее активный окислитель, использование которого безопасно. Иногда его еще называют "активизированным кислородом".
8. Испытания доказали, что озон, от 600 до 3000 раз более активен при уничтожении бактерий и вирусов, чем хлор в той же концентрации. Колиформы (Escherichia coliform) E.coli подавляется в пределах 5 секунд озоном на концентрации 1 mg/l, и для достижения тех же самых результатов при использовании хлора в той же пропорциональной концентрации требуется около 15 секунд.
9. . Озон - превосходное дезодорирующие средство, благодаря своему свежему запаху подавляющему запах гниения, сероводорода, аммония, дыма, краски, и т.д.
10. Озон эффективен против затхлости, плесени, гриба и может использоваться, чтобы устранить запах сырости в влажных помещениях.
11. Озон используется в терапевтических водоемах и ваннах для лечения инфекций слизистых оболочек и ожогов.
12. Из-за процесса хлопьеобразования в результате применения озона, вода в бассейне очень прозрачная, с голубоватым оттенком.
13. Ватерлиния не имеет характерного следа на границе вызванного жиром, маслами, косметическими средствами.
14. Хлор более эффективен против роста морских водорослей. Наружные бассейны, использующие озон, при высоких температурах воздуха, когда наблюдается усиленный рост морских водорослей сталкиваются с этой проблемой, поскольку озон – очень нестабилен и период его полураспада составляет 20 минут. В этих случаях необходимо проводить шоковое хлорирование один раз в неделю, при концентрации хлора в воде от 5 до 10 мг/л.
15. Хлор нуждается в поддержании жесткости воды в пределах pH от 7.0 до 7.4 для получения необходимого результата. Озон не требует контроля pH.

Проводились исследования относительно воздействия хлородантов на слизистые оболочки т глаза. Испытания проводились на глазах кроликов (имеющие почти такой же размер, как человеческий глаз) с использованием очищенной воды, содержащей свободный хлор и воды, содержащей связанный хлор (хлородант, образующийся в результате воздействия хлора и аммиака). Глаза кроликов показали признаки раздражения при использовании раствора свободного хлора в количестве 20 мг/л и в случае использования раствора связанного хлора раздражение было заметно уже при концентрации хлора 4 мг/л. Эти испытания доказали, что раздражение глаза вызвано хлородантами, а не свободным хлором. Именно связанный хлор является причиной неприятного запаха хлора в воде, кроме того, он черезвычайно ядовит и попадая в сточные воды загрязняет водные ресурсы планеты. Самым неприятным является то, что хлороданты не могут быть расщеплены в результате природных процессов и а их устранение из сточных вод трудоемко. Управление по охране окружающей среды планирует устранять сточные воды, содержащие хлороданты.

Применение озона в плавательном бассейне

В плавательных бассейнах, использующих озон для очистки воды, должна применяться следующая последовательность:

Период предварительной очистки:

• Перед началом цикла очистки воды необходимо удалить крупные загрязнения при помощи сачков и осадок со дна бассейна при помощи пылесоса.
• Вода проходит грубый фильтр очистки, чтобы защитить насос от повреждений.
• В воду добавляется коагулянт для удаления мути и взвешенных частиц.
• Вода проходит через нагнетательный песчаный фильтр для механической очистки от примесей и хлопьев.

Реактивный период:

1. Озон вводится в воду в контактной камере, для удаления аммиака, аминокислот, бактерий и вирусов. Обрабатываемая вода находится в камере в течение 1-2 минут для получения полного эффекта и завершения озоновой реакции.
2. Вода проходит через фильтр с активированным углем, чтобы удалить свободный озон и дополнительно очистить воду. В некоторых сооружениях, избыточный озон удаляется постепенно, каскадом .
3. Очищенная вода поступает в бассейн.

Скорость инжекции озона изменяется от 0.5 до 1.4 мг/л, в зависимости необходимого уровня и скорости потока, но уровень озона в контактной камере всегда находится в пределах 0.4 мг/л.

Озон имеет много преимуществ по отношению к обычной хлоровой дезинфекции, поэтому он должен интенсивно использоваться:

1. Озоновая система обработки воды для плавательных бассейнов превосходит метод хлорации, поскольку купальщики лучше защищены против инфекций, выше качество воды, и вода более чиста.
2. При помощи последовательности очистки – грязевый фильтр – хлопьеобразование – песочная фильтрация - озонаторная камера - активированный уголь – система дезинфекции, возможно очищать воду до качества питьевой воды и выше.
3. Использование озонаторной системы предотвращает образование хлородантов и раздражения слизистых оболочек.
4. Озон устраняет или прекращает развитие грибковых бактерий.
5. Стоимость очистки и обслуживания плавательного бассейна при помощи озона значительно ниже.
6. Стоимость производства, транспортировки и хранения хлора постоянно растет и с этой точки зрения применение озона намного экономичнее.
7. Поскольку озон производится местными генераторами, он более безопасен, чем хлор-газ или хлор в гранулах, требующий предварительного растворения перед его введением в воду бассейна.
8. Озон – эффективный способ борьбы с инфекционными болезнями, особенно передающимися через слизистые оболочки, поэтому его часто используют в терапевтических целях.
9. Система озонации может быть установлена на любой существующий бассейн.

В зависимости от точки инжекции озона в воду могут быть получены различные результаты, поэтому основным условием при монтаже установки является ее расположение после песочного фильтра. Когда озон поступает в воду до фильтра, он действует преимущественно, как оксидант (окислитель); в результате его действия могут образовываться хлопья, которые задерживаются в дальнейшем фильтрами.

Очистка воды может быть улучшена биологической фильтрацией. В этом случае цель озонации двойная: окисление воды с одной стороны, и улучшения биологического состава в результате биодегенерации (разложения органики) с другой. В фильтрах, помимо классического задержания механических частиц, происходит процесс нитрификации, удаляя частично растворы аммиака. Когда озонаторная установка расположена после фильтра, озон кроме того играет роль мощного дезинфеканта. В этом случае, содержание свободного озона в концентрации 0,4 мг/л должно поддерживаться не менее 1 минуты.

Проблемы очистки воды плавательного бассейна

В отличие от естественного процесса, биологической очистки поверхностных вод, искусственно построенный плавательный бассейн испытывает недостаток различных симбиотических микроорганизмов. Когда патогенные микроорганизмы, передаваемые людьми, помещены в естественную симбиотическую среду, скажем, озеро, они конечно не сталкиваются с идеальными условиями для развития. Они подвергаются борьбе за существование, за питательные вещества с организмами, гораздо лучше приспособленными к этой среде, они не способны развиваться из-за преобладания низких температур, они сталкиваются метаболическими процессами других организмов, и не могут создавать колонии, которые могли вызывать эпидемию и инфицирование.

По сравнению с естественной средой, плавательные бассейны – благоприятная среда для развития бактерий и вирусов. Каждый купальщик вносит в воду не только от 300 до 400 миллионов бактерий, но также и 0,5 г . органических материалов в форме маленьких частиц кожи, кожного жира, пота, косметики и т.д.

В связи с тем, что представленные микроорганизмы, главным образом бактерии и грибы, но также и патогенные вирусы вступают в контакт с купальщиком, очень высока вероятность инфицирования, это представляет острую гигиеническую проблему. Кроме того, благоприятная среда и относительно высокие температуры (28-30°C) способствуют ускорению метаболизма клеток микроорганизмов, их размножению и увеличению численности до колоний, способных вызывать эпидемиологическое заражение. Поэтому обязательно гарантировать качество воды плавательного бассейна в соответствии с гигиеническими требованиями и правилами.

Только очень небольшое количество загрязнений воды бассейна можно устранить при помощи фильтрации. Основная часть органических частиц присутствует в коллоидной форме или в полностью растворимой форме. Вещества, находящиеся в воде в коллоидной форме, могут быть отфильтрованы только после предварительной коагуляции, с выпадением хлопьев при помощи специальных установок (при помощи алюминия - или солей железа). Полностью растворенные органические составы, например, азотные соединения, не могут быть удалены этим способом обработки воды; они могут быть устранены только высокотемпературными реакциями окисления или адсорбцией. Удаление существенного количества органических веществ, не говоря уже о микроорганизмах, требует больших затрат и время, необходимое на стандартную дезинфекцию.

Дозировка озона

Согласно нормам и требованиям средняя доза озона при цикле очистки воды общественного плавательного бассейна составляет 1.38 мг/л, и от 1.07 до 1.7 мг/л при повторном цикле.

Принципы использования стандартного генератора озона для плавательных бассейнов.

В связи с небольшой эксплуатационной нагрузкой домашних бассейнов по сравнению с общественными, требуется гораздо меньшее количество озона для обработки воды. Основные особенности применения генератора озона.

1. Генератор озона работает совместно с фильтрационной установкой.
2. Для его установки не требуется согласие или разрешение ведомственных организаций.
3. Лучше приобретать собранный, действующий генератор озона с гарантийным сроком эксплуатации, а не собранный из отдельных частей. Его стоимость будет зависеть от необходимой производительности или количества генерируемого озона.
4. Компактная установка, которую без труда можно подключить к уже существующей или новой фильтрационной установке.
5. Надежная, полностью автоматическая работа установки, правильность функционирования которой будет проверена сразу.
6. Абсолютно безопасна для купальщиков, поскольку максимальная допустимая концентрация озона в воде бассейна (0.01 мг/л) и в окружающем воздухе (0.1 мг/м³), предписанный согласно требований безопасности, никогда не будет достигнут, не говоря уже о превышении этой дозировки.
7. В отличие от других систем дезинфекции, нет необходимости следить о наличии средств дезинфекции (например, хлора) в дозаторных устройствах, поскольку весь процесс происходит на полной автоматике, включая и выключая установку в зависимости от содержания остаточного озона в воде.
8. Приспособлен для любых диаметров труб и не зависит от типа фильтрационной установки (картриджная, песочная, с атомной решеткой).

Озоновый генератор просто устанавливается на подающей линии после фильтра и, если возможно, после нагревателя. Таким образом, вся вода, проходящая через фильтр, проходит также через озонаторную систему.

Ответы на наиболее часто задаваемые вопросы

В. Насколько действительно безопасен генератор озона?

О. Насколько? Это достоверно известно. Поскольку официально установлена норма концентрации озона – не более 0,1 мг/л, стандартны генератор озона никогда не будет способен превысить эту норму, даже если весь произведенный газ озона попадет не в воду, а в воздух, - именно этим принципом руководствовались при его создании. Кроме того, все озонаторы имеют независимый блок контроля на выходе, отключающий питание в случае превышения запрограммированных доз свыше 0,02 мг/л

В: Если бассейн используется строго как частный, то есть, только членами семьи, можно ли отказаться от использования хлора в качестве остаточного дезинфеканта?

О: Да, в этом случае вы можете отказаться от применения хлора. Если бассейн полуобщественный, в дополнение к озонатору может применяться небольшая доза хлора в пределах 0,1 мг/л.

Применение озона не освобождает Вас от необходимости чистить стены и дно бассейна, удалять крупный мусор и использовать пылесос. Передозировка хлора компенсирует дефекты фильтрации, циркуляции воды, но она же и сказывается на вашем здоровье

Полезные побочные эффекты: при использовании озонатора, вода насыщается кислородом, и концентрация кислорода зависит от температуры воды, например при 19°C до 9 мг/л, при 26°C 8 мг/л и при 35°C до 7 мг/л. Растворенный в воде кислород выполняет дополнительную очистку. Кроме того, очень красиво и приятно, когда мельчайшие пузырьки воздуха покрывают все поверхности, от небольшого волнения они отрываются и несутся облаком вверх, создавая эффект легкого бурления. Они захватывают мельчайшие частицы пыли и взвеси, поднимают их на поверхность, откуда скиммером они забираются на фильтрационную установку. Само собой разумеется, купальщики тоже будут наслаждаться пузырьками воздуха в воде.

Нежелательный побочный эффект: естественный каучук в окисленной воде, разбухает, становится скользким, поэтому его применение в бассейне не желательно.

Коррозия: Чтобы избежать коррозии, необходимо использовать специальные материалы вступающие в контакт с озоном. После насыщения воды озоном, т.е. после смешивающего резервуара, не имеется никакой опасности коррозии в трубопроводе, фильтрующем резервуаре и корпусе насоса. Напротив, растворенный в воде кислород, соединяясь с всегда присутствующими в воде твердыми микрочастицами, формирует бикарбонат, который выпадает в осадок, пристает к стенкам труб и создает прекрасную защитную пленку. Эта пленка подобна тем специальным добавками, используемыми в индустриальной промышленности, как ингибиторы коррозии. Парадоксально, но факт: озон предотвращает коррозию…