• Требования к техническому обслуживанию минимальны, так как не используются движущиеся части. • Достижима высокая эффективность (> 90 %), однако это требует многоточечной инъекции, глубоких контактных камер и частой утилизации отходящих газов. Высокие коэффициенты диффузии обычно не достигаются с одним или двумя проходами контакторов. • Наращивание легко достигается благодаря хорошо установленным критериям конструкции для этого метода. • Системы могут быть спроектированы для режимов с низкими гидравлическими потерями напора через резервуары.
Введение в генерирование озона
Автор: Стивен Каррутерс
Источник (англ.):Introduction
to Ozone Generation
Озон является сильным дезинфектором и окислителем, который успешно используется в тысячах установках для обработки воды. Стивен Каррутерс рассказывает об его использовании в гидропонике.
Что такое озон? Озон является природным компонентом, находящийся в верхних слоях атмосферы Земли, где он, первую очередь, формируется фотохимическим способом. Его можно узнать по чистому свежему запаху воздуха после электрической грозы, который является результатом небольшого уровня озона, производимого молнией.
О запахе озона впервые сообщил Ван Марен в 1785 году в непосредственной близости от электрического разряда. В 1840 году Кристиан Шонбейн определил этот характерный запах как ранее не определенным соединением. Он назвал его озоном от греческого слова ozein, то есть пахнуть. За последующие десятилетия некоторые исследователи ставили эксперименты с производством озона, однако идентичность структуры соединения было подтверждено лишь в 1867 году в качестве трехатомного кислорода. Это означает, что молекула озона состоит из трех атомов кислорода, имеющая химический символ O3. Озон является другой молекулярной формой кислорода, химический символ которого является O2.
Озон начал коммерчески использоваться с 1893 года, когда была разработана первая установка по получению питьевой воды. Сегодня она используется в тысячах установках водоподготовки, включая муниципальное водоснабжение и канализации, градирни, ультрачистые воды, морские аквариумы, пищевую промышленность, промышленные воды, бассейны, воду для растений, аквакультуру и очистку промышленных стоков.
Для гидропонных приложений, обработка озоном оказалась дорогой и несовершенной. Однако, по словам Брисбена, Watertec Engineering Pty Ltd, исследование показало, что обработка озоном является эффективным методом очистки воды, если она используются правильно.
Согласно словам технического директора Филиппа Барлоу, озон является сильнейшим окислителем, который мы можем произвести. Однако молекула неустойчива и не может быть сохранена для будущего использования, так как газообразный хлор.
По этой причине, он должен быть создан недалеко от установки, а затем использован сразу же
, — объясняет он.
Последние полевые работы на ферме Fancyleaf показали, что успех очистки озоном напрямую связан с объемом воды в системе
рециркуляции, скоростью потока и количества растений. При использовании окислительно-восстановительного потенциала (ОВП)
питательного раствора в качестве индикатора было обнаружено, что соответствующие дозы озона для работы Fancyleaf были между
0,1 и 0,2 мг/л, требующий генератор озона, способный производить 5-8 граммов озона за час. При передозировке озона вы рискуете
повредить питательный раствор. Кроме того, если доза недостаточна, желаемые результаты очистки не будут достигнуты
, —
предупреждает Филипп, инженер-химик.
Чрезмерные уровни озона приведут к потере некоторых микроэлементов в питательном растворе, в том числе марганца и железа.
Мы не создает такого количества озона, чтобы убить все организмы; а мы контролируем организмы, которые вызываю болезни,
уменьшая их количество
, — добавил он.
Генерирование озона
Озон генерируется путем пропускания кислорода или сухого воздуха через высокоэнергетическое электрическое поле, где часть кислорода преобразуется в озон. Существуют различные методы, используемые для этого, в том числе коронного разряда, УФ-облучения и электролиза. Для гидропонных установок генерирование коронного разряда рекомендуется как практическое, безопасное и экономичное.
Пузырьковые диффузоры
Пузырьковые диффузоры / контакторы широко используются из-за их способности работать без дополнительной энергии, кроме первоначального сжатия газа. Требования технологии и дизайна в настоящее время хорошо зарекомендовали себя, поэтому масштабы с теоретической или опытно-промышленной установки оценить не сложно. На рисунке 3 показан типичный озоновый контактор, использующий технику пузырьковой диффузии.
Рисунок 3 — Типичная система с пузырьковой диффузией
С помощью этой системы, озон обычно выходит из генератора озона при давлении 0,7-1,0 бар, что является достаточным для преодоления гидростатического давления, а также потери напора из-за газораспределительной трубопроводов и диффузоров. Эту систему диффузии можно также использовать с озонаторами, работающими при отрицательном давлении, с использованием газовых компрессоров, вводящих озон под давлением.
Некоторые из преимуществ и недостатков этого типа системы приведены ниже.
Преимущества:
Недостатки:
• Метод диффузии требует глубокий контакт бассейна для эффективной передачи озона (5-7 метров).
• Возможно засорение диффузоров, в частности, когда поток воды и озона дозы перерывами
или когда требуется окисление железа и марганца.
• Возможно вертикальное каналообразование пузырьков, что негативно сказывается на контакт газ / жидкость.
Высокоэффективные инжекторы
Этот метод инъекции обеспечивает высокую эффективность диффузии (> 95 %), однако требуется дополнительная энергия для создания частичного вакуума. Выбор инжектора и конструкции играют важную роль в достижении максимальной эффективности с минимальной энергией.
Этот тип системы инъекции используется во всем мире на больших и малых объектах, — сказал Филип, —
однако, его использование, конечно, более распространено в малых и средних установках
.
С помощью этого метода боковой поток воды обычно принимается от основного потока растений, где давление повышается для подачи вакуума инжектора. Оно включает в себя воду, быстро протекающую через небольшое отверстие, создавая эффект Вентури (частичный вакуум), который тянет газ из озонатора в поток воды. Озонированный боковой поток затем вводят в основной поток растений, как правило, с потерями малонапорных устройств статического смешивания. Кроме того, эта сторона потока озонированной воды может быть введена в дегазацию резервуара, который работает при атмосферном давлении.
С этой конструкцией растворенный озон эффективно смешивается с основной водой, после чего контактному баку
требуется контакта озона с обрабатываемой воды
, — объясняет Филипп.
В системе Fancyleaf,озонированной поток воды направляется вдоль трубы 20 мм, расположенной в нижней части каждого контактного бака. Труба ПВХ пронизана крошечных отверстий, чтобы позволить мелкие пузырьки бежать и диффундировать в раствор.
Следующие преимущества и недостатки свойственны этому методу.
Преимущества:
• Форсунки и статические смесители (при использовании), просты в эксплуатации, с низким требованием технического обслуживания, в связи с отсутствием подвижных частей. • Может быть достигнуто отличное смешивание и массообмен. В зависимости от желаемого времени, глубина и объем контактного бака часто может быть меньше, чем требуется для пузырьковой диффузии. • Этот тип диффузии может быть адаптирован к любой гидравлической конструкции установки. • Правильно спроектированные противоточные или вихревые статические смесители придают малое гидравлическое потери напора на завод.
Недостатки:
• Требуется дополнительная электрическая энергия для эффективной работы вакуумного инжектора,
однако это часто противодействует повышению эффективности диффузии.
• Такие системы имеют возможность изменения диапазона ограниченной емкости конкретного устройства
инъекции. Эта проблема сводится к минимуму, когда боковой поток от основного потока подают в инжектор.
Рисунок 4 показывает два типичных метода применения системы инъекции озона диффузии. Схема будет использоваться для встроенной системы, работающей под давлением.
1. Водный поток
2. Насос
3. Подача озон под вакуумом
4. Статический смеситель
5. Резервуар озонирования
6. Вентиляция отходящих газов
7. Деструктор озона
8. Очищенная вода
9. Отходящие газы
10. Пузырьковый диффузор
11. Контактный резервуар
Рисунок 4 — Методы инжекторной диффузии озона
Вывод
Проектирование и эксплуатация генерирования озона является сложной темой, однако эта статья предназначена для того, чтобы дать очень краткий обзор современных размышлений и методов для безопасного производства и использования этого уникального окислителя для гидропонических установок.
Правильно разработанное оборудование современного генерирования обеспечит надежную и безопасную источник озона, однако нужно еще помнить, что озон является токсичным газом, поэтому оборудование и установки, если неправильно проектировать и эксплуатировать, могут представлять значительную опасность для производства и персонала. Не требующие установки озона не следует рассматривать, не следуя рекомендации организаций, которые знакомы и имеют опыт в генерировании, использовании и эксплуатации объектов озонирования.
При правильном использовании озон является ценным инструментом для дезинфекции и улучшения качества воды в гидропонных установках, в то же время относится к экологически чистым продуктам.