Репозиторій ЧДТУ

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ 
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ 
КАФЕДРА ХІМІЧНИХ ТЕХНОЛОГІЙ ТА ВОДООЧИЩЕННЯ 
 
Реєстраційний №________  
          «Допущено до захисту» 
     Завідувач кафедри  д.т.н., 
професор 
     ________Геннадій СТОЛЯРЕНКО 
                                                                       «____»  _________________2023р. 
 
 
 
КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА МАГІСТРА 
на тему 
РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЇ ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОД ВІД 
ОРГАНІЧНИХ СПОЛУК ОЗОНУВАННЯМ  
за спеціальністю 161 «Хімічні технології та інженерія» 
 
 
Науковий керівник Виконавець роботи 
д.т.н., професор магістрант 
  
___________ Наталія ФЕЩЕНКО __________ Андрій БРАТКО 
  
  
  
  
  
  
      Нормоконтроль                         Наталія ФОМІНА 
  
 
 
Черкаси 2023 
 
1 ТЕХНОЛОГІЯ ОЧИЩЕННЯ СТІЧНОЇ ВОДИ ВІД ОРГАНІЧНИХ 
СПОЛУК 
 
Очищення  стічної води від органічних сполук - найгостріша 
проблема сьогоднішнього дня. Об'єм забрудненої води постійно 
збільшується, і навіть та, що використовується для водопостачання, 
часто не може похвалитися по-справжньому високою якістю. Близько 
90 % всіх використовуваних водних ресурсів потребують постійного 
очищення, а існуючі джерела прісної води не справляються з 
потребами, які пред'являють мільярди людей в цілому, так і окремі 
міста, організації і землевласники. 
Реальними практичними методами, що володіють необхідним 
потенціалом знезараження води і пройшли перевірку на діючих 
великомасштабних спорудах водопідготовки, сьогодні є хлорування, 
озонування та ін. Хлорування - найбільш поширений спосіб обробки 
питної води. 
Альтернативою процесу хлорування води є її знезараження за 
допомогою озону. 
Озон (O3) - газ блідо-фіолетового кольору, що володіє 
специфічним запахом, є природним окислювачем, при контакті з 
водою окисляє наявні домішки і переводить їх з розчиненого стану в 
суспензію, яку, в свою чергу, затримує вугільний фільтр. Залишкова 
кількість озону переходить знову в кисень, з якого він був зроблений. 
Справа в тому, що велика частина найпоширеніших забруднень води - 
органічного походження і вони мають схильність до окислення 
озоном. Його молекула вельми нестійка, легко розпадається 
(дисоціюють) [1]. 
У природі озон утворюється у верхніх шарах атмосфери (на висоті  
15…30 км) з кисню під впливом УФ-випромінювання Сонця, а крім того, 
при дуговому зварюванні, при роботі електричних трансформаторів, 
ксероксів, лазерних принтерів, при ударі блискавки. Озон як складова 
частина атмосферного повітря визначає характер поглинання сонячної 
радіації: її дуже активна в біологічному відношенні ультрафіолетова 
частка не досягає земної поверхні. А вміст озону, загалом-то, мізерний: 
товщина шару, приведеного до нормальних тиску і температур, в 
середньому для всієї Землі становить 2,5…3 мм. Максимум 
концентрації озоносферного шару досягається на висоті 20…25 км.  
Існує кілька способів отримання озону, серед яких найбільш 
поширеними є: електролітичний, фотохімічний і електросинтез в плазмі 
газового розряду. Електролітичний (так званий брудний) метод синтезу  
озону здійснюється в спеціальних електролітичних осередках. В якості 
електролітів використовуються розчини різних кислот та їх солі (H2SO4, 
HCLO4, NaCLO4, KCLO4). Виникнення озону відбувається за рахунок [2]  
електролітичного розкладання води і створення атомарного кисню, 
який, приєднуючись до молекули кисню, утворює озон і молекулу 
водню. 
Цей метод дозволяє отримувати концентрований розчин озону, 
але в силу своєї енергоємності і наявності домішок широкого 
застосування не знайшов. Фотохімічний метод отримання озону 
ґрунтується на дисоціації молекули кисню під дією короткохвильового 
УФ випромінювання. Цей метод не дозволяє отримувати озон високої 
концентрації. Метод знайшов застосування в медицині, харчовій, 
електронній промисловості. При його використанні зручно 
стерилізувати повітря в приміщеннях, які вимагають особливої 
біологічної чистоти. Електросинтез озону (чистий метод), заснований на 
різних видах газового розряду, а саме: бар'єрного, поверхневого і 
імпульсного, набув найбільшого поширення. Цей метод дозволяє 
отримувати озон високих концентрацій при великій продуктивності і 
невисоких енерговитратах обладнання.  
У промислових умовах озоно-повітряну суміш отримують в 
озонаторе за допомогою "повільного" електричного розряду при 
напрузі 8000…10000 В. 
Процес озонування, як і процес хлорування, здійснюється просто 
шляхом контакту води з газом. Озон - дуже сильний окиснювач, що руйнує 
бактерії і віруси. На відміну від хлорування, при якому хлор може 
з'єднуватися з вуглеводнями, що містяться у воді, при озонуванні 
хлорованих вуглеводнів не утворюється; навпаки, озон може руйнувати 
присутні у воді вуглеводні шляхом їх окислення. Більш того, озон сам по  
собі ефективний при знебарвленні води і не створює стороннього 
присмаку і запаху. 
Застосування озонування води досить широко поширене. 
Найчастіше воно використовується в харчовій промисловості при 
дезінсекції приміщень, детоксикації зернових, виробництво харчового 
льоду, в різних технологічних процесах, таких як виробництво 
мінеральної води. Також озонування застосовується в медицині, 
паперово-целюлозної галузі, сільському господарстві, в рибництві та 
рослинництві, при очищенні і стерилізації стічних вод, для підготовки 
плавальних басейнів і так далі. 
Метою кваліфікаційної роботи є дослідження процесу очистки 
стічної  води                   методом озонування, його основних технологічних 
параметрів. 
 На рисунку 2.1 представлено конструкція установки для очистки стічної 
води озоном [24]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рисунок 2.1 - Конструкція установки для очистки стічної води озоном  
 
Компресор здійснює подачу повітря в генератор озону. Повітря очищається 
пиловим фільтром, а потім завдяки холодильній установці з повітря видаляється 
волога. Завдяки електричному розряду кисень перетворюється в озон. Після цього 
він контактує з водою і відбувається реакція окислення.  Конструкція 
компресорного озонатору показано на рисунку 2.2 
 
 
 
1 - корпус циліндричної форми; 2 - високовольтний блок живлення; 3 -
касетно-трубчасті бар’єрні п-сегментні генератори озону;  
4 - герметичнікришки; 5 - пориплексовані демпфуючі розпірки;  
6 – перемішуючий вентилятор; 7 штуцери. 
 
Рисунок 2.2 - Конструкція компресорного озонатора [25] 
 
  
 2.1 Техніко-економічне обґрунтування збитків, заподіяних 
навколишньому середовищі у випадку аварійного скиду 
Стягнення платежів за викиди забруднювальних речовин в атмосферне 
повітря не звільняє об’єкти від відшкодування збитків за наднормативні викиди. 
Наднормативними вважаються [30]: 
викиди забруднювальних речовин, які перевищують рівень гранично 
допустимих або тимчасово погоджених викидів забруднювальних речовин встічні 
води, встановлених дозволами на скид, які оформлені відповідно до діючих 
вимог; 
викиди забруднювальних речовин джерелами, які не мають дозволів на 
викид, у тому числі й за окремими інгредієнтами; 
викиди забруднювальних речовин в атмосферу, що здійснюються з 
перевищеннями граничних нормативів утворення їх для окремих типів 
технологічного та іншого обладнання. 
Наднормативні викиди можуть відбуватися за рахунок неефективної роботи 
водооочисних установок, роботи технологічного обладнання при несправних 
 
 
установках або невикористанні їх, порушення технологічних режимів, 
невиконання у встановлені терміни заходів щодо досягнення нормативів ГДС, 
аварійних скидів забруднювальних речовин в середовище, які не передбачені 
технологічними регламентами виробництв, використання непроектних сировини і 
палива в технологічних процесах, інших видів порушень. 
Розрахунки маси наднормативних скидів у тоннах здійснюють визначенням 
різниці між фактичними і дозволеними потужностями викидів з урахуванням часу 
роботи джерела в режимі наднормативного викиду за формулою (2.1): 
                М І  =  0,0036(УІСІ - Мцї)Т,             (2.1)  
де Уі — об’єм витрат водного потоку на виході із джерела, м3/с; 
        СІ — середня концентрація забруднювальної речовини (із відібраних 
проб) розрахована як середня арифметична, г/м3; 
            МЧІ — потужність дозволеного викиду і-ї забруднювальної речовини по 
даному джерелу, г/с, встановлена дозволом на скиди; 
     Т — час роботи джерела в режимі наднормативного скиду, год. 
Час роботи джерела в режимі наднормативного викиду визначається з 
моменту виявлення порушення до моменту його усунення, підтвердженого 
даними контрольної перевірки з урахуванням фактично відпрацьованого часу. 
При невиконанні у встановлені строки заходів щодо досягнення нормативу ГДС 
розрахунки наднормативних викидів здійснюються, як різниця між фактичною 
потужністю скиду, яка підтверджується результатами інструментальних 
вимірювань, і величиною нормативу скиду після впровадження заходу з 
урахуванням часу, що минув після планового його закінчення. 
Розрахунки потужності скидів за джерелами або речовинами, щодо яких 
немає дозволу на викид, ведуть на основі потужності фактичного скиду, 
визначеної інструментальними вимірюваннями. При цьому час роботи джерела в 
режимі наднормативного викиду визначається з моменту виявлення порушення 
до моменту оформлення дозволу на викид. Розрахунки потужності 
наднормативних скидів в результаті аварійних і залпових скидів, не передбачених 
технологічними регламентами виробництв, здійснюють розрахунковим методом 
 
 
на основі матеріальних балансів, даних технологічних регламентів тощо. 
Розрахунок розмірів відшкодування збитків за наднормативні скиди 
забруднювальних речовин в стічні води ведеться на основі розміру мінімальної 
заробітної плати з урахуванням обсягів наднормативних викидів і регулювальних 
коефіцієнтів. Розмір компенсації збитків в одиницях національної валюти 
визначається формулою: 
                                       З=МІ1,1ПАіКтКз і                      (2.2) 
де М — маса і-ї забруднювальної речовини, викинутої понад норму, т; 
1,1 П — базова ставка компенсації збитків у частках мінімальної заробітної 
плати за 1 т умовної забруднювальної речовини на момент перевірки, грн/т; 
АІ — безрозмірний показник відносної небезпечності і-ї забруднювальної 
речовини; 
Кт — коефіцієнт, що враховує територіальні соціально-екологічні 
особливості; 
Кзг- — коефіцієнт, що залежить від рівня забруднення водного об’єкту і-ю 
забруднювальною речовиною. 
Безрозмірний показник відносної небезпечності і-ї забруднювальної 
речовини визначають із співвідношення за формулою 
і     ( 2.3 ) 
Л І  = 
ГДКі 
де ГДКі — середньодобова гранично допустима концентрація або 
орієнтовно безпечний рівень впливу (ОБРВ) і-ї забруднювальної речовини, мг/м3. 
Для речовин, щодо яких відсутня величина середньодобової ГДК, при 
визначенні показника відносної небезпечності береться величина максимальної 
разової ГДК забруднювальної речовини в стічній воді. Для речовин з ГДК більше 
1 в чисельнику вводиться корекційний коефіцієнт 10. Для речовин, щодо яких 
відсутні величини ГДК і ОБРВ, показник відносної небезпечності Аі приймається 
рівним 500. 
Коефіцієнт, що залежить від рівня забруднення стічної води 
забруднювальною речовиною, визначають за формулою: 
 
 
с 
К  = (2.4) 
г і ГД
К 
 
де О — середньорічна концентрація і-ї забруднювальної речовини, за 
даними прямих інструментальних вимірювань на стаціонарних постах за 
попередній рік, 
мг/м3; 
ГДКсі — середньодобова ГДК і-ї забруднювальної речовини, мг/м3. 
У разі, коли інструментальні вимірювання концентрації даної 
забруднювальної речовини не виконуються, а також коли рівні забруднення 
водного об’єкту забруднювальною речовиною не перевищують ГДК, значення 
коефіцієнта Кзі приймається рівним (2.2). 
 Аналіз методів оцінювання надійності роботи озонаторної 
установки показує, що потрібен комплексний підхід до оцінювання 
експлуатаційної надійності як очисного, так і всього технологічного 
обладнання з метою врахування всіх можливих ризиків, наслідків реалізації 
цих ризиків і збитків, які вони можуть утворити. Тобто доцільним є 
запровадження методології, яка включає щонайменше три етапи оцінювання 
стану надійності озонаторного обладнання. 
 Завданням першого етапу аналізу є декомпозиція очисного 
обладнання в цілому на підсистеми з тим, щоб ідентифікувати підсистеми або 
навіть окремі компоненти, які можуть бути ймовірними причинами 
неконтрольованого викиду отруйних речовин чи енергії.  
3 МЕТОД ОЧИЩЕННЯ СТІЧНОЇ  ВОДИ ОЗОНУВАННЯМ 
 
Озонування, як засіб для знезараження, вперше було випробувано в 
1886 р. у Франції. З 1905 р. в Росії почала діяти експериментальна установка 
для озонування води при Петропавловській лікарні. У 1911 р. в 
Петербурзі була введена в дію найбільша в світі виробнича установка 
озонування, обробляти 44 500 м3 води на добу. У світі на сьогоднішній день 
працює безліч систем водопідготовки, що використовують озонування: у 
Франції, Канаді, Швейцарії, Італії, Німеччини, Саудівської Аравії та ін. 
 
 
Озонування води широко використовується, наприклад, при очищенні 
води з підземних та поверхневих джерел, оборотної води басейнів, 
очищення та стерилізації стічних вод, застосовується для знезараження 
води, призначеної для бутилювання, видаляючи з води всі неприємні 
присмаки і запахи, використовується для дезодорації повітря, очищення 
вентиляційних викидів і т.д. 
Очищення стічної води озонуванням - дуже затребувана процедура. 
Проведення озонування для отримання питної води дає такі результати: 
 знижується кольоровість і поліпшується прозорість рідини; 
 видаляються запахи і присмаки; 
 видаляється марганець і залізо; 
 окислюються і розкладаються сполуки азоту (аміак), ціаніди, 
сірководень і фенольні сполуки; 
 окислюються нафтопродукти; 
 відбувається дезінфекція та стерилізація. 
У озонованої питної води є, як корисні властивості, так і недоліки. При 
розпаді цього газу утворюється кисень у великій кількості, від чого  
поліпшуються лікувальні та смакові властивості рідини. Також озон володіє 
знезаражувальним властивістю, вбиваючи всі шкідливі мікроби і віруси, при 
цьому pH склад залишається без змін. Якщо говорити про   мінуси 
застосування  
цього методу очищення, то варто бути обережнішими при тривалому 
вдиханні газу - він може надати шкідливий вплив на легені і дихальні 
шляхи. Однією з переваг озону з гігієнічної точки зору є нездатність, на  
відміну від хлору, до реакцій заміщення, у воду не вносяться сторонні 
домішки і не виникають шкідливі для людини сполуки. Особливістю озону є 
і його швидке розкладання у воді з утворенням кисню, тобто озон володіє 
повною екологічною безпекою. Час "життя" озону у воді – 10…15 хв. Озон 
 
 
деколи використовують у поєднанні з іншими методами: хлоруванням, 
флотацією, електрохімічної обробкою і ультразвуком. В результаті, при 
застосуванні цієї технології не утворюються такі хлорвміщуючі речовини, як 
діоксин. У таблиці 1.1 представлено порівняльна оцінка різних способів 
очищення стічних вод. 
 
Таблиця 3.1- Порівняльна оцінка різних способів очищення стічних вод. 
Вода после 
Исходная Вода после Вода после 
Показатель биологической 
вода центрифугирования озонирования 
очистки 
Цветность, град 300 170 125 45 
Прозрачность, см 0 1,7 1,5 8,2 
рН 6,9 6,9 7,2 6,8 
ХПК, мг/л 44200 31700 992 18 
БПК, мг/л 2360 1211 426 412 
Растворенный 
1,2 1,7 3,4 9,3 
кислород, мг/л 
Запах, балл 5 4 3 0 
Содержание солей 1075 891 650 1780 
Органические 
949 653 124 23 
соединения, мг/л 
Бактериальное 
загрязнение, 4300 3200 2800 100 
колоний/мл 
 
 
Стічні води сільськогосподарського виробництва містять велику кількість 
шкідливих речовин і не можуть бути скинуті до водойм. До найбільш шкідливих 
речовин, присутніх у стічних водах, належать неорганічні сульфіди, сірковмісні 
органічні сполуки меркаптани, азотисті сполуки та ін, які дуже токсичні і не 
можуть бути повністю знешкоджені звичайними методами при біологічному 
очищенні. У зв’язку з цим озонування стічних вод сільськогосподарських 
 
 
підприємств (свинокомплекси, птахофабрики, ферми та ін.) виявилося 
ефективним засобом для очищення з подальшим скиданням у водойму.  
Установки озонування води містять такі основні апарати як генератор озону; 
систему введення озону в воду і його змішування; реактор - ємність, в якій за 
рахунок перемішування і витримки забезпечується необхідний час реакції озону з 
водою; деструктор озону для видалення залишкового озону, що не прореагував; 
прилади контролю озону у воді і повітрі. Існує декілька способів отримання 
озону, серед яких найбільш поширеними є: електролітичний, фотохімічний та 
електросинтез в плазмі газового розряду.  
У більшості випадків озон одержують електросинтезом в спеціальних апаратах 
- генераторах озону. Повітря попередньо очищають від пилу за допомогою 
фільтрів і осушують. Далі повітря пропускають через простір між електродами, на 
які подається висока напруга. Кисень, що входить до складу повітря іонізується і 
утворюється озон. Після озоногенератора газ надходить в реактор, де відбувається 
взаємодія газу і рідини, що очищається. У складі будь-якого обладнання 
присутній деструктор, який забезпечує видалення зайвого, озону, який не 
прореагував. Відповідна установка розміщується в окремому приміщенні, де 
присутня ефективна вентиляція. Очищена вода надходить в резервуар чистої води 
по трубі. Таким чином, ми отримуємо ідеально очищену питну воду, збагачену 
киснем, в якій залишилися всі необхідні людині мінеральні солі.  
Необхідна доза озону при знезаражування питних вод становить 0,6…3,5 
мг/дм3.  
 
 
    Концентрація залишкового озону після камер змішування підтримується на 
рівні 0,1…0,3 мг/дм3. Дози озону для знезараження стічних вод складають 6…10 
мг/дм3. Тривалість контакту 8…20 хв. 
Досвід використання озонування на сучасному етапі, накопичений для систем 
різної продуктивності, говорить те, що цю технологію можна і потрібно 
застосовувати не тільки на потужних водопровідних станціях, що відповідають за 
 
 
постачання водою великих міст, але й у системах водопідготовки малої і 
середньої продуктивності. Безсумнівно, що якість води при водопідготовці з 
використанням озонування буде значно вище, ніж при інших технологіях. Ще 
однією перевагою використання озонування є те, що при відносно високій 
вартості первинних капітальних витрат експлуатаційні витрати пов'язані тільки 
зі споживанням електроенергії (в середньому 0,05…0,07 кВт на 1 г озону) [5]. 
  
3.1 Виробництво озону 
 
         3.1.1 Енергетика виробництва озону 
 
В даний час в промислових масштабах озон отримують [5-10] в 
пристроях (озонаторах), заснованих на плазмохімічному синтезі з 
використанням бар'єрного розряду. Принципово такі озонатори являють  
собою два електроди підключені до джерела змін-ного струму (з напругою 
3…20 кВ) і розділені діелектричним бар'єром, через які пропускається 
повітря (або кисень) з певною швидкістю. Озонатори працюють при 
атмосферному або підвищеному тиску повітря (що сприяє утворенню 
озону), причому зі збільшенням частоти напруги живлення можливе 
зниження опору розряду і напруги живлення, і в підсумку підвищення 
виходу озону. 
Конструктивно електроди озонаторів виконуються у вигляді 
концентрично розташованих циліндрів різного діаметру,  електрод 
низької напруги у вигляді трубки з нержавічої сталі;  скляна трубка; 
електрод високої напруги у вигляді фольги) або у вигляді двох паралельних 
пластин . 
 
Для отримання бар'єрного розряду електроди поділяють діелектриком з 
можливо великими питомою поверхневим опором і діелектричної постійної. 
При цьому діелектричний шар (скло, емаль, кераміки) виключає утворення 
 
 
іскри або дуги, забезпечує рівномірну структуру розряду і служить реактивним 
буферним опором, що обмежує струм в ланцюзі розряду. Залежно від способу 
розташування електродів і діелектрика повітряна розрядна прошарок  може 
виконуватися між електродом  і діелектриком , між обома діелектриками , або 
між діелектриком посередині і електродами з боків (рис. 1.2, д). За даними 
[10] концентрація озону у діелектрика вище, ніж у металевого електрода, 
тому в тому випадку, коли потрібна висока концентрація озону, 
використовують озонатори з двома діелектричними бар'єрами. 
В основі промислового отримання озону лежить реакція 
розщеплення молекули кисню на атоми під дією тихого електричного 
розряду з подальшим приєднанням до молекули одного атома кисню 
З термохімічних умов при термодинамічній рівновазі (100% - вої 
ефективності) і наявності атомарного кисню реалізуються реакція синтезу  
озону. Молекула озону дуже нестійка і легко дисоціює на атом і молекулу 
кисню. Утворений атом кисню вступає в реакцію з озоном з утворенням  
молекули кисню. 
За даними досліджень фізики бар'єрного розряду [6, 7], озон виникає  
при впливі електричного розряду на пропускається через електродний 
проміжок повітря. При проходженні електронів, що виникають в 
електричному пробої, через озоноутворюючий газ, відбувається 
збудження, дисоціація і іонізація молекул газу, на що витрачається, що 
підводиться від джерела живлення енергія. Встановлено [6], що існують три 
основні канали реакцій за участю атомарного кисню, що призводять до  
утворення озону: 
 Молекула кисню дисоціюють при електронному ударі на два 
атома в нормальному стані. Для цього потрібно 6,0 еВ або W = 
3,0 еВ, при виході озону 598 г О3/(кВт*год) або витратах енергії 
1,67 кВт·год/кг О3 і ефективності процесу 49%. 
 
 
 Молекула кисню також дисоціює при електронному ударі на два 
атома, але один з атомів утворюється у збудженому стані. Для 
цього потрібно 8,4 еВ або W = 4,2 еВ, при виході озону 427 г 
О3/кВт·год або витратах енергії 2,34 кВт·год/кг О3 і ефективності 
процесу 35%. 
 Атом кисню в повітрі виникає після зіткнення молекули кисню з 
збудженої електронним ударом молекулою азоту. Для цього 
потрібно 6,17 еВ або W = 3,1 еВ, при енергетичному виході озону 
Gен = 581 г О3/кВт·год або мінімальних витратах енергії 
Емін=1,72 кВт·год/кг О3 і ефективності процесу 48%. 
Видно, що, в порівнянні з ідеальними термодинамічними умовами 
синтезу озону, витрати енергії при електросинтезі в 2…2,86 рази вище, а  
ефективність і вихід озону на таку ж величину менше. Крім того, наведені 
величини енергоспоживання є мінімальними значеннями, так як в 
реальних процесах завжди існують інші канали втрат енергії, тому наведені 
цифри повинні бути збільшені в 1,7…2,0 рази. Зокрема, у зв'язку з тим, що 
85…95% споживаної озонатором електроенергії витрачається на  
тепловиділення, електродний систему необхідно охолоджувати, оскільки 
озон при підвищеній температурі понад 50 °С швидко розкладається. 
При зростанні концентрації озону в озоноповітряній суміші 
енерговитрата різко збільшується. Наприклад, за даними [11] фірми 
«Озон»    для    повітряних    озонаторів    середній    приріст    відносних 
енерговитрат Еотн = (Еп/Емін) 100%, де Еп - витрати енергії при підвищеній 
концентрації озону, в залежності від вагової концентрації озону в 
озоноповітряній суміші CO (мас.%) визначається співвідношенням: Еотн = 1,86 
exp (0,837 CO) + 127. Таким чином, концентрація генеруємого з газової суміші 
озону надає певний вплив на споживання електроенергії. 
Наведений в літературі [11] і рекламних проспектах мінімальна 
питома витрата електроенергії в озонаторах звичайної конструкції при 
 
 
технічно обгрунтованих концентраціях озону (15…25 г О3/м3 повітря) 
становить 3,8…4,6 кВт·год/кг О3, проте необхідна певна обережність при 
оцінці цих значень. 
За результатами останніх досліджень [11] мінімальне споживання 
електроенергії досягається при концентрації озону в газовій суміші близько 
18 г О3/м3 повітря. На практиці частіше використовуються більш високі 
концентрації (до 20 г О3/м3), незважаючи на збільшення вартості процесу, 
так як при підвищених дозах озону повніше і інтенсивніше протікають 
реакції окислення забруднень оброблюваної води. 
При озонувані води використовують [11-13] озонатори, що 
виробляють озон в кількості 15…20 г О3/м3 повітря, при споживанні 
електроенергії відповідно 13…18 кВт*год/кг О3. При цьому ексергетичний 
ККД реалізованих процесів електросинтезу озону досягає всього 1…2%. 
При сучасних вимогах по продуктивності озонаторних установок для  
озонування води [11] при обсязі переробляється води на порядок більше 
діючих (103 м3/добу), найважливішими завданнями виробництва озону є 
зниження витрат на його синтез і утилізація низькопотенційної теплоти з  
водоохолоджуючих елементів озонаторів. 
Продуктивність озонаторів прямо пропорційна споживаній 
потужності, однак на їх коефіцієнт корисної дії значно впливають фізичні  
властивості використовуваних для синтезу озону повітря і кисню 
(вологість, температура, тиск), а також температура охолоджуючої 
електроди води. 
 
 
Для оцінки можливостей енергозбереження при виробництві озону 
розглянемо основні технологічні параметри процесу. 
 
3.1.2 Вплив температури газу в розрядному проміжку. 
 
 
 
Температура газу на вході в озонатор не повинна перевищувати 35 °С, а  
електроди охолоджуються водою з оптимальною температурою 15 °С. 
При підведенні енергії до розрядному обсягом озонатора тільки частина  
її витрачається на освіту озону, а основна її частина перетворюється в  
теплоту, яка нагріває озоноповітряну суміш і частина її видаляється через 
водоохолоджувані електроди. Оскільки озон є термічно нестабільним 
газом (вище 60…70 °С він швидко розкладається), то організація 
ефективного охолодження розрядного проміжку в озонаторе є 
надзвичайно важливою проблемою. 
Принципове значення для ефективної роботи озонаторів має спосіб 
охолодження електродів і діелектрика. В даний час в промисловості 
реалізуються два методу водяного охолодження - одностороннє і 
двостороннє. 
Класичний варіант одностороннього охолодження 
використовується в конструкції Велсбаха [12] - має озоногенерірующей 
елемент коаксіальної збірки, коли в тонкостінну трубу, охлаждаемую із  
зовнішнього боку водою, вставлена діелектрична труба, металізована 
зсередини для підводки високої напруги. Незважаючи на високу 
технологічність така конструкція має відносно низьку щільність потужності і 
високу металоємність. Варіант конструкції Велсбаха, коли охолоджується 
зовнішня металева труба, засклена зсередини, а центральна труба 
металева, менш технологічний при обслуговуванні, але реалізує вищий 
тепловідвід (на 10…15%), так як значна частина теплоти в бар'єрному 
розряді виділяється поблизу діелектричного електрода. 
Двостороннє охолодження збільшує тепловідвід в 4 рази, що 
дозволяє  
 
 
 
 
працювати з підвищеними частотами і виходом озону. Виникає при цьому 
проблему охолодження електрода, який знаходиться під високою напругою, 
вирішують наступним чином [11]: охолодженням водою, що підводиться 
через ізолюючі (пластмасові) спіралі; охолодженням діелектричними 
рідинами (деіонізованою водою високої чистоти, маслами, полімерними 
речовинами). Недоліками даних способів охолодження є низька електрична 
стійкість зволожених пластмас, необхідність установки додаткових 
теплообмінників або холодильних машин. 
Крім згаданих технічних прийомів охолодження в літературі описані 
[11] інші - за допомогою теплових труб, повітряно-крапельне і повітряне. 
На основі аналізу рівнянь (1.1) можна зробити наступні висновки: 
 збільшення температури газу в розрядному проміжку лінійно 
залежить від величини розрядного проміжку і величини 
щільності потужності; 
 двостороннє охолодження дозволяє ввести в розрядну зону 
озонатора в 4 рази більше енергії, ніж одностороннє, при інших 
рівних умовах; 
 зниження вхідної температури повітря 
дозволяє підвищити щільність потужності і продуктивність 
озонатора; 
 тепловиділення в розрядному проміжку має складний характер, 
причому за даними [9] Більшість теплоти виділяється поблизу 
електрода, покритого діелектриком; 
 певним критерієм якості охолодження є перепад температури 
охолоджуючої води на вході і виході з озонатора. На основі 
практики використання озонаторів рекомендують [11] 
допустимий перепад в 4…5 °С, причому охолодження з 
меншою швидкістю води, призводить до істотного розкладання 
 
 
озону, а з більшою – до нераціонального витрачання води. 
 
3.1.3 Вплив тиску газу і величини розрядного проміжку. 
 
Дані параметри являються найважливішими характеристиками, що  
визначають ефективність роботи озонатора. Це пов'язано з тим, що в 
повітряному озонаторе озон утворюється при зіткненні трьох частинок:  
атомарного і молекулярного кисню, а також молекул азоту, що забирають 
надлишкову енергію. Швидкості даних взаємодій визначаються тиском газу 
в квадратичної залежності. Підвищення тиску сприятливо позначається на 
швидкості утворення озону. Однак, одночасно зі збільшенням тиску зростає 
величина пробійної напруги, змінюється структура розряду і збільшується 
температура газу. За даними різних дослідників [6-10] для синтезу озону з 
повітрям є оптимальне співвідношення між тиском і величиною розрядного 
проміжку: ; де рг - тиск газу, кПа. 
Вважається [11], що зменшення величини розрядного проміжку є 
практично обов’язкових для всіх найбільш досконалих конструкцій 
озонаторів, що працюють як на повітрі, так і кисні. Це пов'язують як з  
поліпшенням охолодження розрядної зони озонатора, так і з тим, що при  
малих розрядних проміжках порядку 0,1…0,3 мм синтез озону відбувається 
більш ефективно при одних і тих же значеннях (і, отже, при однакових 
величинах Тгаз), ніж при більш широких проміжках (0,5…1,5 мм). 
Детальні закономірності впливу параметра рг*d на ефективність 
синтезу озону невідомий, що вимагає додаткових досліджень. 
 
3.1.4 Вплив вологості повітря. 
 
Присутність вологи в між електродному просторі важливим чином 
впливає на продуктивність і термін використання озонаторів. У класичній  
 
 
праці [5] по електросинтезі озону показано, що стабільної роботи 
озонатора необхідно використовувати попередньо осушене повітря до 
точки роси - 60 °С  
 
або нижче. При більшій вологості продуктивність озонатора поступово 
падає, причому, тим швидше, чим вище вологість. Це пов'язано з 
утворенням на поверхні діелектрика проводять плівок, за рахунок 
розчинення в плівці води оксидів азоту і збільшення поверхневої  
провідності діелектрика. 
При використанні оптимально осушенного повітря концентрація 
озону зазвичай становить 1,5…2,5 % (~20…35 г О /м3
3  повітря), а питомі 
енерговитрати на його отримання (при концентрації озону 2 мас. %) – 13…16 
кВт*год/кг О3. 
 
3.1.5 Вплив частоти струму живлення. 
 
Озонатори в складі установок для озонування води традиційно [13]  
харчуються струмом частотою 50…60 або 600 Гц. При використанні змінного 
струму частотою 50 Гц продуктивність регулюється зміною прикладеної 
напруги, направленої за допомогою автотрансформаторів. Однак величина 
соs φ при цьому не перевищує 0,4. Тому переваги використання змінного 
струму з частотою ≥ 600 Гц полягають в настопному: зростає потужність 
апаратів, що дозволяє зменшити їх габарити; досягається збільшення cos φ 
до 0.9, тобто збільшується активна потужність; забезпечується можливість 
експлуатації озонаторів при більш низькій напрузі з одночасним 
підвищенням їх коефіцієнта корисної дії. Досвід експлуатації різних систем 
електроживлення озонаторних установок показав [14], що з економічних 
міркувань для водопідготовчих станцій малої продуктивності (до 7 кг/год по 
 
 
озону) вигідніше використання напруги з частотою струму 50 Гц, а для 
великих станцій - 600 Гц. 
За даними більшості дослідників [1], для інактивації вірусів у стічних 
водах потрібні значно вищі дози озону, ніж для тих самих мікроорганізмів у 
чистій воді. Збільшення резистентності до озону для ентеровірусів, 
сорбованих на частинках фекалій та клітинах господаря. Заслуговує на увагу 
той факт, що  
 
 
озон, мабуть, є ефективним дезінфектантом для інактивації найпростіших 
цист, судячи з концентрації та тривалості контакту „С·t", необхідних для 
досягнення необхідного ступеня інактивації. Процес інактивації вірусів і 
бактерій під дією озону у звичайних концентраціях відносно нечутливий до 
рН в діапазоні від 6 - 8,5.[I] Досі не вирішено питання, в яких умовах озон 
більш бактерицидний - в умовах, коли він знаходиться у воді у вигляді 
молекулярного озону, або в умовах, які сприятливі для швидкого 
розкладання молекулярного озону чи сприяють утворенню радикалів. У 
першому випадку дезінфекція за допомогою озону буде ефективнішою у 
воді з нижчим рН (наприклад при рН < 1), з більшою концентрацією 
бікарбонату та малим вмістом домішок, що поглинають озон (наприклад, 
Fе2+, Fе3+, Мn2+, гумінові речовини). У другому випадку дезінфекція буде 
ефективнішою у присутності агентів (пероксид водню, ультрафіолет), що 
сприяють розкладанню озону та утворенню радикалів - ОН2* або НО2* при 
більшому значенні рН.[1] Доза озону, необхідна знезараження води, 
становить 0,5-5 мг/дм3 залежно від вмісту у воді органічних речовин, а 
тривалість контакту води з озоном 5-20 хв. Для ефективного знезараження 
питної води необхідно ввести дозу озону, 
Озон – алотропна модифікація кисню (газ блакитного кольору, 
 
 
щільністю 1,657). Одержують озон в результаті іонізуючої дії на кисень 
електричного поля з високим потенціалом; видимий результат цієї дії _ 
фіолетовий розряд. [33] Озон - вибухонебезпечний, при 11,9 ° С він 
зріджується і перетворюється на рідину синього кольору. 
Швидкість розпаду озону залежить від солевмісту, рН та температури 
води. Зі збільшенням температури з 1 до 20°С швидкість розпаду зростає у 22 
рази, а при підвищенні рН води з 7,6 до 9,2 – у 15 разів. Зазвичай 
температуру водиперед озонуванням приймають близько 25 °С. У 
нержавіючих трубах мимовільне розкладання озону становлять близько 6% 
за 4-6 хв. Тому у разі застосування озонування вод повинен передбачатися 
найкоротший шлях його  
 
 
доставки. Зазвичай швидкість руху озону в трубопроводах (скляних, 
нержавіюча сталь) приймається близько 8-12 м/с. Концентрація залишкового 
озону у воді після контактних камер дорівнює 0,2 - 0,5 мг/дм3, що швидко 
зменшується. Важливо, що у разі застосування озону в технологічних 
процесах повітря, багате на озон, не викидалося в атмосферу. 
Озон може бути отриманий: хімічним шляхом, в результаті 
ультрафіолетового випромінювання та при електричному розряді. Останній 
спосіб отримав найбільш широке застосування у промисловості. 
Сировиною для одержання озону є повітря або кисень з балонів. З 50 - 
60 м3 (70 - 80 м3 залежно від виду озонатора) повітря одержують 1 кг озону. 
Зазвичай, вихід озону становить 10 – 20 % вмісту у повітрі кисню. Є два типи 
озонаторів: пластинчасті та трубчасті (вертикальні та горизонтальні), 
останнім часом з'явилися озонатори четвертого (останнього) покоління.  
При диспергуванні озону у воду в основному йде два процеси: 
1. Окислення. 
 
 
2. Дезінфекція. 
3. Збагачення води киснем, внаслідок розпаду зону.   
   Окисленняозоном може бути: 
1. Пряме окислення 
2. Окислення радикалами (непряме окиснення). 
3. Озоноліз. 
4. Каталіз. 
1. Пряме окислення - Речовина + Оз → окислені речовини. 
Приклад, окислення ряду органічних та мінеральних | речовин (Fе2+, 
Мn2+), які після озонування осаджується у вигляді нерозчинних гідроксидів 
або переводяться в діоксиди та перманганати, що видаляються на фільтрах.  
    2. Непряме окиснення - здійснюється великою кількістю активних 
радикалів (наприклад, ОН- та ін), що утворюються в результаті переходу О3  
 
 
 
 
 
з газової  фази в рідину та його саморозкладання. Інтенсивність непрямого 
окислення прямо пропорційна кількості озону, що розклався, і назад 
пропорційна концентрації забруднюючих речовин. Наприклад, органічні 
кислоти з малою молекулярною вагою. 
       3. Озоноліз - процес фіксації озону на подвійний або потрійний 
вуглецевий зв'язок з подальшим її розривом та утворенням озонідів, які, так 
само як озон, є нестійкими сполуками і швидко розкладаються: 
 
 
 
 
4.Каталітичний вплив озонування полягає в посиленні ним 
окислюючої здатності кисню, який присутній в озонованому повітрі. 
Обробка стічної рідини озоном використовується, як правило, в тих 
випадках, коли одночасно з знезараженням необхідно видалити зі стічних 
вод нафтопродукти, СПАВ, ціаніди, феноли, органічні розчинники та 
барвники, іони важких металів та ін. хімічних, органолептичних та 
бактеріологічних показників рідини, що очищається. Знезараження стічних 
вод озоном доцільно застосовувати після її очищення на фільтрах або після 
фізико-хімічного очищення, що забезпечує зниження вмісту завислих 
речовин до 3-5 БПК до 10 мг/дм3, а число бактерій зменшується на 99,8%. 
Використання озону замість хлору доцільно при вмісті у воді речовин, 
що утворюють при реакції з хлором токсичніші речовини або погіршують 
органолептичні властивості води, при отриманні в результаті хлорування 
високих залишкових концентрацій хлору, що вимагають  
 
 
 
   дехлорування; при вмісті у воді патогенних вірусів та спорових бактерій;   
за необхідності комплексного очищення. 
Основне обмеження при застосуванні озону як дезінфікуючий засіб 
пов'язане з його нестійкістю у воді. З цієї причини озон не може бути 
використаний як кінцева дезінфікуюча речовина в розподільчій системі. 
Вважають, що на останній стадії знезараження озон можна застосовувати 
тільки за таких умов: 
 
 
-короткочасне перебування обробленої води у водопровідній мережі;  
-порівняно низька температура води; 
-висока якість води, коли концентрація в ній органічних сполук не 
перевищує 0,1 мг/дм3; 
-дуже низька концентрація аміаку у воді. 
В інших випадках для забезпечення якості води в розподільчій мережі 
зазвичай потрібне застосування сполук хлору, хоч і в менших кількостях. 
Однак озон може бути використаний як первинна дезінфікуюча речовина, 
але в цьому випадку його ефективність також обмежена через велику 
швидкість розкладання та взаємодії з органічними та неорганічними 
забруднювальними речовинами у воді. 
Крім того, озону притаманні інші недоліки: 
- спільне застосування сполук хлору та озону може призвести як до 
зменшення, так і до збільшення хлороорганічних сполук у воді [1]; 
- утворення біорозкладних органічних сполук у воді, що є 
доступними джерелами вуглецю для бактерій і створюють потенційну 
загрозу вторинному зростанню мікроорганізмів у мережах (карбонільні 
сполуки з малою та середньою молекулярною масою, переважно 
формальдегід та інші альдегіди [1]). Повторне зростання мікроорганізмів 
змусило у деяких випадках відмовитися взагалі від озонування або 
запровадити додаткове залишкове хлорування [1]; 
 
- недостатня вивченість продуктів озонолізу органічних сполук у воді 
та їх мутагенних та токсикологічних властивостей. Неоднозначність та 
суперечливість даних літератури щодо оцінки токсикологічної безпеки 
озонованої води загалом; 
- утворення продуктів озонолізу, які можуть впливати на здоров'я 
людей – органічні пероксиди, ненасичені альдегіди та епоксиди, бромати; 
- висока енергоємність та вартість озонаторного обладнання. 
 
 
Це відноситься в рівній мірі і до витрат на будівництво і до 
експлуатаційних витрат, які при роботі станції озонування визначаються, 
головним чином, високою енергоємністю процесу синтезу озону (12-22 кВт-
год/кг озону), допоміжного обладнання (сумарне споживання електроенергії 
станцією досягає 30-40 кВт-год/кг озону і більше), а також витратами на 
утримання обслуговуючого персоналу та забезпечення будівлі тепловою 
енергією. 
Метод озонування на відміну від хлорування технічно складний, і для 
його реалізації необхідно виконання низки послідовних технологічних 
операцій: очищення повітря, його охолодження та сушіння, синтез озону, 
змішування озоно-повітряної суміші з оброблюваною водою, відведення та 
деструкція залишкової озоно-повітряної суміші, відведення її у атмосферу. 
Крім того, потрібно багато допоміжних процесів та обладнання. Процес 
синтезу озону здійснюється при високій електричній напрузі. Озон 
токсичніший, ніж хлор, викликає подразнення слизових оболонок очей і 
вражає органи дихання. Гранично допустимий вміст озону у повітрі 
виробничих приміщень 0,1 г/м3. Існує небезпека вибуху озоно-повітряної 
суміші. Озон викликає активну корозію обладнання та трубопроводів, 
потребує використання нержавіючих матеріалів. 
Практичне впровадження озонування в очисні споруди на водопровідних 
станціях вимагає їхньої суттєвої реконструкції, зокрема  
введення в готову гідравлічну схему руху води контактної камери для 
змішування озоно-повітряної суміші з оброблюваною водою. При цьому 
виникає необхідність підкачування загального потоку води, що 
обробляється, або значно ускладнюється будівельна конструкція контактної 
камери. 
     
    3.2 Озонаторне обладнання нового покоління 
 
 
  
 Удосконалення процесів очищення стічних вод із застосуванням озону в даний 
час розвивається за двома основними напрямками: створення ефективних, 
високопродуктивних генераторів озону, що працюють на підвищених частотах, та 
інтенсифікація процесу масообміну контактуючих фаз (озону та оброблюваної 
рідини) за рахунок зміни швидкості реакції шляхом введення каталізаторів, 
фотохімічної, радіохімічної дії, поєднання озонування з УФ-опроміненням. [35] 
Вибір методу та апаратури для змішування погано розчинного газу 
(озону) з водою є найактуальнішим питанням у технології очищення стічних 
вод. Багато нових теоретичних положень і конструктивних елементів, що 
враховують сучасні досягнення теорії та практики масообміну, водоочисну 
практику ще не запроваджено. Це негативно впливає як на габарити, так і на 
економічність технології очищення стічних вод. 
Для змішування озоноповітряної суміші з оброблюваною водою потрібна 
апаратура, що дозволяє швидко і з мінімальною вартістю здійснити повне 
змішання об'єму оброблюваної води з об'ємом озонованого повітря, що 
подається. Найбільш простий і економічний спосіб такого змішування 
заснований на дифузії дрібних пухирців озоноповітряної суміші безпосередньо 
в товщі води, тобто. необхідний максимальний розвиток поверхні контакту 
води та озоноповітряної суміші. 
 
 
 
 
В останні роки як змішувальні пристрої для озонування використовують 
розпилювальні колони, водоструминні ежектори і механічні аератори різного 
типу, спосіб гідравлічної інжекції, барботаж. 
Спосіб гідравлічної інжекції досить простий, але вимагає жорсткого 
дотримання ряду умов: через емульгатор повинен проходити весь обсяг води, 
 
 
що обробляється, мінімальний тиск води в емульгаторі повинен бути не нижче 
4м, витрата озоноповітряної суміші повинен становити 1/3 витрати води, в 
контактній камері неможливо здійснити протитечію води та озоноповітряної 
суміші з водою за допомогою гідравлічного емульгатора вигідний лише в тому 
випадку, коли можлива подача всієї оброблюваної води до емульгатора із 
заданим напором. 
У схемі змішування озоноповітряної суміші з водою способом барботажу 
кількість повітря, що подається, не знаходиться в жорсткій залежності від 
кількості оброблюваної води. При цьому способі найбільш тонке розсіювання 
забезпечують фільтрні пластини, які розміщуються по дну контактної камери. 
Це дозволяє регулювати подачу озоноповітряної суміші. 
При високих концентраціях озону доцільно змішати озоноповітряну суміш з 
1/3 загальної витрати води, а потім концентровану суміш знову змішати з 
об'ємом води, що залишився в умовах протитечії. Таким чином, частина 
загальної витрати води озонується дуже інтенсивно. 
Слід зазначити, що питання змішування озону з водою не відпрацьовано 
достатньою мірою, оскільки втрати озону досягають 15-30% обсягу, що 
подається. 
Процес озонування стічних вод є типовим хемосорбційним процесом. Його 
кінетика залежить як від гідродинамічних умов, що визначають швидкість 
масопереносу в газовій та рідкій фазах, так і від кінетики реакції окислення 
органічних забруднень озоном. Співвідношення цих чинників визначає режим і 
швидкість процесів загалом, отже, і методи його розрахунку. 
 
 
Для виробництва озону розроблено різні типи обладнання як у нашій країні 
В даний час в  Україні застосовують Рубчасті генератори озону різної 
конструкції. В таблиці 3.2 представлено порівняльна характеристика різних 
 
 
типів генераторів озону. 
 
Таблиця 3.2- Порівняльна характеристика різних типів генераторів озону 
 
Тип генератора озону 
Параметр 
В-085-18-1-л-01 В-24-25-1-л-01 
Продуктивність по озону, кг/год 0,045 1,6 
Потужність, кВт 0,8 25 
Концентрація озону в 
До 20 До 20 
озоновоздупгаої суміші, г/м3 
Витрата повітря, м3/год 6 120 
Витрата води, що охолоджує, м3/ч 0,2 8 
Частота струму, Гц 50 50 
Напруга, В 220 380 
Габарити, мм 690*750*1870 1800*1300*3000 
маса, кг 340 3625 
 
 
Одним із найбільших виробників сучасного озонаторного обладнання є 
французька фірма "Trailigaz". Фірма випускає генератори озону різної 
продуктивності. Для лабораторних досліджень можуть бути використані 
генератори типу "labo" (табл. 3), для станцій дезінфекції стічних вод малої та 
середньої продуктивності - генератори "Ozobloc", "Monozone", "Monobloc" 
(таблиця 3.3 та  3.4 ) . 
Фірма виробляє і потужніші генератори, що працюють на частоті 600 Гц з 
напругою до 20 кВ. Представником зазначених генераторів є Tonozone 
продуктивністю 30 кг/год озону, встановлений на водопровідній станції Neuilli-
Sur-Marna (Франція). 
У США розроблено дві установки продуктивністю до 400 т/добу. озону та 
одна продуктивністю 1 т/добу. озону з ізотопним джерелом випромінювання.  
 
 
Установки складаються зі станції виділення кисню з повітря, реактора та 
системи виділення та очищення озону. Ці установки економічні лише за умови 
 
 
використання як джерела енергії ядерного реактора тепловою потужністю 
кілька сотень мегават. 
Налагоджено випуск обладнання для озонування стічних вод і в колишніх 
соціалістичних країнах. Цікаві генератори озону продуктивністю 0,15-5500 
г/год, що виготовляється Інститутом прецизійної механіки в Польщі. 
На Херсонському бавовняному комбінаті збудовано промислову 
установку знебарвлення озоном концентрованих стічних вод пряжефарбового 
виробництва. Ефект знебарвлення озоном концентрованих стічних вод, містять 
розчинні класи синтетичних барвників, становить 80 % при дозах озону 60-
280г/м3 або питомих витратах озону 0,3-0,97 г/г барвника залежно від режиму 
фарбування. 
У технологічній схемі забезпечується ефективне зниження концентрації 
ПАР для води з вмістом АПАВ не більше 30-40 мг/л при прямоточному русі фаз 
без використання зрошення та піногасника з інтенсивністю подачі 
озоноповітряної суміші 15-18 м3/(м3·ч); для води з вмістом АПАВ більше 40 
мг/л і в межах до 150-200 мг/л НПАВ при протиточному русі фаз із 
застосуванням одночасно піногасника та зрошення та інтенсивності подачі 
озоноповітряної суміші 10-11 м3/(м3-год). 
Встановлено, що продуктами деструкції гідрофобної частини молекул 
СПАВ є озоном низькомолекулярні спирти, ацетон, жирні низькомолекулярні 
кислоти. В результаті зростає відношення БПК/ГПК для озонованої води в 2-9 
разів залежно від типу СПАР. 
Дослідження щодо застосування озону для очищення стічних вод 
трикотажних фабрик, проведені авторами, показали повне знебарвлення 
розчинів при тривалості озонування 5-20 хв, ГПК у середньому знижувалося 
на 70%, концентрації НПАВ та АПАВ більш ніж на 90%.  
Речовини, що надають фарбування, легко окислюються озоном, що 
призводить до знебарвлення води. Оброблена вода була зовсім прозора. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Таблиця 3.3- Типи генераторів 
 
 Тип генератора 
Потуж Ozobloc Monozone Monobloc 
Параметр 
ність, ОС4 ОС4 ОС4 МС4 МС4 МС4 МС МС4 МС МС МС МС4 
10 20 30 90 180 2 43 6 48 41 4 720 
кВт 50 90 00 40 120 400 
              
Максимальна              
продуктивність 50 18 36 72 150 300 450 700 1000 1500 2000 2500 3000 
по озону,              
60 21 42 85 190 330 540 840 1300 1800 2400 3000 3700 
м3/год 
 
              
Витрата 50 3 5 7 16 26 36 52 75 100 130 160 190 
повітря, м3/год              
 60 3 5 7 17 31 42 65 86 115 152 185 232 
              
Витрата              
охолоджува 50 0,1 0,2 0,4 0,9 1,8 2,5 3,9 6,5 9 12,5 15 20 
льної              
60 0,12 0,25 0,5 1,1 2,2 3 4,7 8,6 11,5 15,2 18,5 23,2 
води, З/год 
 
       
  Таблиця 3.4- Тип озонатора – Іmpoz 
 
 
Тип озонатора – Impoz 
Параметр 
 
mini 4 labor 50MF 300MF 750 1500 2MF 5,5MF 
 
0,12-0,15 4 10 50 300 750 1500 2000 5500 
Продуктивно 
сть по озону, г/ч 
 
          
Концентрація 12- 12- 12- 12- 12- 
- 12-20 12-20 12-20 
озону в 20 20 20 20 20 
озоноповітряної
суміші, г/м3 
 
          
Частота, Гц 5000 50 50 600 600 50 50 600 600 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Продовження таблиці 3.4 
 
Параметр 
Тип озонатора – Impoz 
 
mini 4 labor 50MF 300MF 750 1500 2MF 5,5MF 
10- 16- 16- 10- 
Напруга, кВ 9,2 6-10 16-20 10-16 10-16 
16 20 20 16 
Тиск у 
0,02 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 
генераторі, МПа 
          
Витрата води, Охолоджу       
0,40, 
що ється 0,1-0,2 1,5 2 5 5 10-15 
6 
охолоджує, повітрям 
м3/ч 
      3500 2100 3400 
400х 
 170х 230х 158х 700х 2100х х х х 
2200 
Габарити, мм 80х 320х 650х 600х 600х 3300 2950 7500 
х 
80 600 400 2100 2100 х х х 
3000 
1500 1200 1800 
маса, кг 5,5 12 60 300 500 2800 3200 2000 3000 
Ступінь          
регулювання 0- 
0 50 0-100 0-100 80 80 100 100 
продуктивністьти, 100 
% 
Зниження дози озону можливе із застосуванням каталізатора, в якості 
якого застосовувалося волокно Митіщинського комбінату хімічного волокна. 
Однак попередня обробка води волокном протягом 3-4 годин з подальшим 
озонуванням показала деяке збільшення витрати озону при значному 
зменшенні часу озонування, що свідчить про наявність у воді додаткових 
органічних речовин, внесених волокном. Отже, необхідно продовження 
пошуків каталізатора, здатного значно знизити витрату озону при поліпшенні 
всіх показників води, що обробляється. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рисунок 3.1. Озонатор типу "Impoz" фірми "Troilligaz" (Франція). 
 
Ця озонаторна установка спроектована для обробки до 280 тис. м3/сут води 
і є однією з найсучасніших і найефективніших у Росії, а й у світі. Городяни та 
фахівці органів Держсанепіднагляду та МУЛ «Водоканал» відзначили суттєве 
покращення якості питної води, що надходить до споживачів із водопровідної 
станції. 
В Україні використовуються також генератори "Озонія" малої продуктивності 
(від 50 до 200 г / год): на пивоварному заводі "Відень" в С. Петербурзі, у складі 
пілотних установок, що експлуатуються на спорудах Водоканалів Москви, 
Самари та Пермі. 
Покоління обладнання, яке випускає фірма «Озонія», змінювалися внаслідок 
розробки та промислового впровадження нових, більш економічних та 
ефективних технологій. Обладнання першого покоління синтезувало озон в 
 
 
осушеному повітрі з використанням змінного струму високої напруги із 
частотою 50 Гц. Електроживлення другого покоління генераторів озону  
струмом середньої частоти (500-1000 Гц) дозволило знизити питомі 
енерговитрати виробництва озону і зменшити габарити устаткування.  
 
 
Використання як живильного газу кисню підвищило техніко-економічні 
характеристики обладнання третього покоління та забезпечило досягнення 
більш високих концентрацій озону в газі на виході. Розробка фірмою 
«Озонія» принципово нових діелектричних розрядних модулів, що 
виготовляються за передовою АТ-технологією, стала найбільш істотним 
практичним досягненням останнього десятиліття в галузі генерування озону і 
стала основою для випуску четвертого покоління озонаторного обладнання. 
Нова технологія дозволяє одержувати озон у широкому діапазоні 
концентрації, забезпечує гнучкість управління та значно підвищує енергетичну 
ефективність синтезу озону. Це підтверджено як результатами тривалих 
випробувань, і використанням АТ - діелектриків у промислових установках 
великої продуктивності. 
Основними особливостями нескляних діелектричних модулів, виготовлених 
за АТ-технологією, є: висока міцність і довговічність, що дозволяє фірмі 
надавати п'ятирічну гарантію на діелектрики; 
оптимізовані характеристики та широкі межі регулювання продуктивності 
генераторів; знижена напруга розряду та підвищений ККД. універсальність 
використання при живленні генераторів повітрям чи киснем; можливість 
синтезу озону із концентрацією до 18 % за вагою. 
Генератори четвертого покоління на АТ-діелектриках споживають 
(порівняно з попередніми) на 25-60 % менше енергії при тій же концентрації 
синтезованого озону, або дозволяють подвоїти концентрацію озону при 
 
 
енерговитратах АТ-генератори приблизно вдвічі менше за габаритами і масою, 
не чищення та обслуговування. Впровадження АТ-технологи призвело до 
якісної зміни та перегляду традиційних підходів до конструювання озонаторних 
систем, суттєвого зниження вартості обладнання та експлуатаційних витрат.  
Фірма «Озонія» виготовляє такі типи озонаторного обладнання: 
-Потужні генератори озону одиничною продуктивністю від 3 до 200 кг/год 
озону; 
 
 
-компактні генератори озону 0ZАТ® продуктивністю від 2 г/год до 10 
кг/год озону; 
-Електролітичні генератори озону MEMBREL® продуктивністю від 3 
до 9 г/год озону. 
Генератори озону, як правило, є складовою цілого комплексу обладнання, 
призначеного для вирішення прикладних завдань замовників, тому фірма 
«Озонія» постачає все необхідне для комплектування установки допоміжне 
обладнання: пристрої підготовки повітря або кисню (РSА. VSА); системи 
контакту озону з оброблюваним середовищем (інжектори, дифузори, 
змішувачі); деструктори озону (термальні чи каталітичні); підсистеми води, що 
охолоджує; системи управління та моніторингу; КВП. 
 
 
 
 
 
 
Рисунок 3.2. Генератори озону поодинокою продуктивністю 48 кг/год. 
 
 
Мобільні контейнерні установки фірми «Озонія» продуктивністю до 1,25 
кг/год можуть бути використані для пілотних досліджень на місці у 
замовника. Параметри установок змінюються в широких межах для 
оптимізації та вирішення специфічних проблем. Контейнерні установки 
можуть використовуватись як у безперервних технологічних процесах, так і в 
періодичних технологіях обробки. Потужні генератори озону. Фірма 
«Озонія» поставляє озонаторні установки великої продуктивності за 
специфікаціями замовників на базі модульного ряду стандартизованих 
блоків (генераторів озону, блоків живлення, систем управління та приладів). 
Це дозволяє досягти найвищих техніко-економічних показників установок за 
прийнятними цінами. Горизонтальне підлогове виконання генераторів (мал. 
4) забезпечує візуальний контроль функціонування через оглядове вікно та 
зручність доступу до окремих елементів. Генератор озону підключений до 
власного блоку живлення, який керує 3 процесом синтезу озону відповідно 
до необхідного обсягу та концентрації. 
 
Рисунок 3.3 Вбудовані запобіжники генератора зону 
великої продуктивності 
 
 
 
 
Кожен високовольтний електрод генератора має окремий запобіжник 
(рисунок 3.3), який дозволяє автоматично відсікати несправний електрод і 
забезпечити безперебійну роботу всього генератора озону. Аварії 
енергопостачання, помилки персоналу, раптова відмова окремих вузлів і 
відхилення в якості газу, що подається, не призводять до повної відмови 
установки. Синтез озону продовжується і після відсікання частини електродів 
генератора, що дозволяє продовжувати експлуатацію установки до планового 
технічного обслуговування. 
Компактні генератори озону OZАТ® розроблені та пускаються для 
використання в системах із відносно невеликою потребою в озоні. До  
Нещодавно багато потенційних споживачів зазнавали труднощів використання 
озону через відсутність надійних і не дорогих генераторів. Вони або зверталися 
до дешевих, менш ефективних технологій без використання озону, або 
залишали свої проблеми невирішеними. Нова серія генераторів фірми 
«Озонія», в яких використано технічні рішення, апробовані у великих 
промислових установках, дає споживачам можливість економічного 
одержання озону в невеликих обсягах. 
Компактні генератори, розділені всередині на два відсіки - для 
електроустаткування та механічних компонентів, є функціонально закінченими 
пристроями. Для роботи генератора OZАТ® необхідно подати на роз'єми, 
розташовані на корпусі, мережну напругу, живильний газ та охолоджувальну воду. 
Технічні характеристики компактних генераторів наведені в таблиці 3.5, зовнішній 
вигляд одного з них - генератора OZАТ CFS-3 показаний на рисунку 3.4  
Генератори серії СFS для роботи на повітрі чи кисні - це молодша серія 
генераторів озону OZАТ®. Вони забезпечують гнучкість застосування для 
синтезу озону з повітря або кисню, мають вбудовану систему осушення повітря, 
застосовують у тих випадках, коли кисень не може бути використаний у 
технологічному процесі і, відповідно, для синтезу озону.  
 
 
 Генератори серії СF призначені для роботи на кисні. 
 
 
 
 
Генератори 0ZАТ® серії СFL для роботи на повітрі та кисні мають 
найбільшу продуктивність у класі компактних генераторів 0ZАТ® та 
побудовані на технічних рішеннях, використаних у молодшій серії СFS.  
Генератори озону малої продуктивності серії ТОG продуктивністю від 
1 до 13 г/год можуть працювати на кисні, осушеному або атмосферному 
повітрі, призначені для роботи під тиском або безкомпресорних установках, 
при розрідженні. Ряд виконань генераторів включає вбудовану систему 
осушення повітря, кисневий концентратор, компресор. 
 
Таблиця 3.5- Генератори 0ZАТ® серії СFL 
Тип Продуктивність, г/ч   
Споживан
Габарити, мм маса, кг 
генерато на кисні на ня енергії, 
ра повітрі кВА 
1 
2 3 4 5 6 
ТОG 
8 1,8/3,6 0,1 330x280x185 7 
С2 
ТОG 
8 - 0,1 295x550x115 0 25 
С8 
ТОG 
13 - 0,1 295x550x115 0 35 
С13 
СFS-1 80 40 0,76 860x380x480 55 
СFS-2 160 80 1,4 860x380x480 60 
СFS-3 250 120 2,15 860x380x480 65 
 
 
СFS-6 500 240 4,3 860x380x620 100 
 
 
Продовження таблиці 3.5 
Тип Продуктивність, г/ч   
Споживан
Габарити, мм маса, кг 
генерато на кисні на ня енергії, 
ра повітрі кВА 
СF-4 820 - 8,1 1400x600x2000 425 
СF-5 1650 - 16 1900x900x2000 800 
СF-6 2500 - 20 1900x900x2000 855 
СFА-4 - 400 7,8 1900x600x2000 550 
СFА-5 - 800 15 2000x900x2000 900 
СFА-6 - 1200 21 2000x900x2000 1000 
СFL-5 5000 2100 63 1700x1200x2000 1200 
СFL-10 10000 4300 127 2250x1410x2000 2400 
 
 
 
Рисунок 3.4- Компактний генератор озону OZAT® CFS-3. 
 
 
 
Електролітичні генератори озону МЕМВРЕL®. 
Для деяких спеціальних випадків озон можна синтезувати із 
дистильованої води. Вода електролітично розкладається на іонообмінній 
мембрані, а озон, що синтезується, розчиняється у воді. Основні переваги 
синтезу озону електролітичними системами: - відсутність іонного 
забруднення; виключення зовнішнього забруднення середовища; озон 
розчиняється у воді у момент синтезу. 
Ці переваги роблять генератори МЕМВРЕL®, що особливо підходять для 
систем надчистої води, незалежно від галузі застосування. 
Електролітичні генератори озону, що випускаються, мають продуктивність.  
3,6 та 9 г/год. 
Допоміжне обладнання надає сильний вплив на техніко-економічні 
показники та надійність роботи озонаторної установки загалом. Під час 
проектування та постачання установок фірма «Озонія» приділяє особливу 
увагу питанням якості всіх компонентів та апаратів. 
Пристрої для підготовки повітря.Повітря, що використовується як 
живильний газ для синтезу озону, має володіти високим ступенем очищення. 
Атмосферне повітря необхідно ретельно обробити до подачі в генератор 
озону. Пристрої підготовки повітря забезпечують видалення частинок пилу, 
стиснення повітря до необхідного робочого тиску та осушення повітря, щоб 
залишкова вологість відповідала атмосферній точці роси менше 60°С. 
Підготовка повітря відповідно до вищевказаних вимог надзвичайно важлива 
для надійного та ефективного синтезу озону. Залежно від параметрів 
генератора озону пристрої підготовки повітря проектуються для роботи при 
низькому або середньому тиску і можуть містити компресори, 
післяохолоджувачі, осушувачі, фільтри та адсорбери, що регенеруються, – 
волого-поглиначі. 
 
 
Системи контакту озонуз оброблюваним середовищем. Озоновмісний газ 
вводиться в контактну систему, де він поєднується з оброблюваним 
середовищем. Фірма «Озонія» пропонує кілька методів змішування озону, 
що використовують різні технічні рішення: пористі або радіально-статичні 
дифузори; вбудовані інжектори та статичні змішувачі. 
Деструктори озону. Залишковий озон у газі, що відсмоктується із 
контактної камери, повинен бути зруйнований до викиду в атмосферу. З цією 
метою використовуються каталітичні чи термальні системи. У каталітичних 
системах газ, що відсмоктується, проходить через шар каталізатора, де 
відбувається розкладання озону з утворенням кисню. У термальній системі 
озон розкладається під впливом високої температури. 
Системи управління.Фірма «Озонія» пропонує системи для повного 
контролю технологічних процесів та моніторингу озонаторної установки. 
Озонаторні установки, які постачають фірма «Озонія», працюють в 
автоматичному режимі і не вимагають постійної присутності виробничого 
персоналу. Системи управління автоматично запам'ятовують всі основні 
параметри установки і можуть бути інтегровані в центральну систему 
керування замовника. 
В Україні розроблено компактні високочастотні установки синтезу озону 
продуктивністю до 1000 г/год. Технічна характеристика представлена у 
таблиці.3.6. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Таблиця 3.6- Характеристика компактної високочастотні установки синтезу 
озону 
 Продуктивність установок 
Показники синтезу озону, г/ч 
до 100 до 200 до 500 до 1000 
    
Концентрація О2 повітряної суміші, 
>20 >20 >20 >20 
г/м3 
400х 400х 500х 600х 
Габарити шафи управління, ВхLхН, 
1000x 1200х 1400х 1600x 
мм 
1400 1500 1600 1600 
Діаметр озонатора, мм 200 260 380 540 
     
Витрата охолоджуючої рідини, м/год 0,15 0,3 0,5 0,8 
Витрата електроенергії, кВт год До 1,5 До 3 До 6 До 13 
Мережа живлення: В 220/380 220/380 220/380 220/380 
Гц 50 50 50 50 
Робоча частота, Гц 500 500 500 500 
 
 
Установка синтезу озону є єдиним моноблоком, що включає 
високочастотний генератор озону, пристрій повітропідготовки з системою 
запірно-регулюючої, реєструючої та перемикаючої арматури та блок 
енергозабезпечення з автоматичною системою управління. Пристрій 
повітропідготовки з арматурою та система управління установкою 
розташовані у двох секційних шафах. Пристрій повітропідготовки з 
арматурою розміщується в лівій частині шафи. У правій частині 
розміщуються п'ять блоків, блок трифазного випрямляча та інверторного 
перетворювача частоти зі схемою керування; блок апаратури контролю та 
керування (виведений на передню панель шафи); блок фільтрів LC для 
згладжування пульсація постійного струму; блок підвищуючого 
трансформатора; блок автоматичного керування роботою 
електромагнітними клапанами. 
Відомо, що для ефективного синтезу озону повітря має піддаватися 
глибокому осушуванню. Осушка необхідна для досягнення наступних цілей:  
- підвищення продуктивності озонатора, оскільки продуктивність 
джерела тліючого розряду (генератора озону) обернено пропорційна вмісту 
водяної пари. Вітчизняні та зарубіжні дані показали, що точка роси -40°З 
забезпечує продуктивність генераторів озону, близьку до максимальної, а -
50°З гарантують досягнення цього максимуму; 
- підвищення діелектричної міцності діелектриків; наявність водяної 
пари призводить до іскріння розряду та виникнення дуги, що крім 
погіршення кінцевого продукту знижує міцність діелектриків і викликає їх 
руйнування; 
- підтримки у хорошому стані котла-озонатора. 
Традиційно для осушення вологого повітря застосовують два основних 
методи, глибоке охолодження та використання пористих адсорбентів. У 
зв'язку з тим, що метод глибокого охолодження має суттєві недоліки (велика 
вартість холодоагентів та експлуатаційних витрат), до складу обладнання  
 
 
 
 
має входити подвоєна кількість теплообмінників або випарників, щоб 
проводити періодичне розморожування. Для розморожування також 
необхідне обладнання та складна апаратура з управління та регулювання 
потужності охолодження. 
Застосування адсорбентів забезпечує отримання хороших результатів з 
осушування повітря. Тривалий період експлуатації адсорберів на різних 
водопровідних станціях показав, що вони надійні та безпечні у роботі. Однак 
і цей процес не позбавлений недоліків: велика питома витрата енергії, 
віднесена до кількості води, поглиненої під час циклу, під час регенерації -2-
6 Вт. ч/г вологи; спостерігається зміна адсорбційної здатності гелів зі зміною 
температури повітря, що надходить. 
Встановлено, що адсорбційна здатність сорбентів тим нижча, чим вище 
температура та вологість. У разі використання силікагелю вона становить 
20% при 5...10 °С та 8 - 10 % при 25 °С залежно від абсолютної вологості. 
Багаторічний досвід експлуатації пристроїв технологій повітропідготовки 
на озонаторних станціях в нашій країні і за кордоном показав, що найбільш 
раціональне рішення полягає в тому, що адсорбції повинна передувати 
попередня обробка повітря. Це підвищує продуктивність адсорберів та 
збільшує ступінь осушення повітря. 
В установці синтезу озону застосований триступінчастий компактний 
осушувач повітря конструкції НАСІ. 
Конструкція апаратів синтезу озону здійснюється у таких напрямах: 
покращення розрядних характеристик за рахунок створення оптимальних 
температур у зоні розряду. До цього напрямку слід віднести конструкції з 
різними видами внутрішніх електродів, що охолоджуються; створення 
оптимальних розрядних зон за рахунок переміщення електродів щодо один 
одного: створення алгоритмів, що працюють на підвищеній частоті. 
 
 
 
 
 
 
 
На рисунку 3.5 схематично зображено високочастотний генератор озону з  
охолодженим внутрішнім електродом. Генератор містить корпус 1 
високовольтний електрод, виконаний у вигляді вихрової труби 2 з сопловим 
вводом3 і трубопроводом відведення гарячого повітря 4. Вихрова труба 2 
забезпечена газонаправляючим кожухом 5 і коаксіально розміщена в 
порожнині низьковольтного циліндричного електрода 6; область високого 
тиску вихрової труби 2 з'єднана з патрубком проводу стисненого осушеного 
газу 7, а область низького тиску через патрубки холодного повітря 8 з 
газонаправляючим кожухом 5. Генератор озону містить також розрядну 
камеру 9, патрубок відведення озоноповітряної суміші 10, патруб відповідно 
11 і 12 пристрій подачі високої напруги 13. Корпус 1 виконаний з 
охолоджувальною сорочкою 14. 
 
 
 
 
Рисунок 3.5 - Високочастотний генератор озону 
 
Пристрій працює наступним чино м. Стиснутий газ через патрубок 7 і 
 
соплове введення 3 потрапляє в вихрову трубу 2, де за рахунок інтенсивності 
закрутки відбувається охолодження газоповітряної суміші. Далі холодний 
газовий потік через патрубки 8 надходить у газонапрямний кожух 5, що  
 
 
знаходиться під високою напругою, і, охолоджуючи як вихрову трубу 2, 
так і сам газонапрямний кожух 5, потрапляє в розрядну камеру 9, де під дією 
коронного електричного розряду. Теплоту, що виділяється в результаті 
синтезу озону, відводять з охолоджувальною рідиною, що подається в 
камеру охолоджувальної води 14 через патрубок 11 і відводиться через 
патрубок 12. Гарячий газоповітряний потік відводиться від генератора озону 
через трубопровід 4 і використовується для регенерації адсорбентів.  
Випускаються промислові зразки генераторів озону круглої та прямокутної 
форми продуктивністю 200 г/год, а також високовольтний трансформатор для 
встановлення синтезу озону продуктивністю 1000 г/год. 
Механізм бактерицидної дії озону пояснюється його впливом на обмін 
речовин у живій клітині, при якому порушується рівновага перетворення 
активної сульфідної групи на інактивні дисульфідні форми [38]. Озон дуже 
ефективний при знезараженні спор, патогенних мікроорганізмів та вірусів. 
Через свої високі окисні властивості озон діє як окислювач на елементи 
стінки клітини до проникнення всередину мікроорганізму і окислення певних 
важливих компонент (протеїни ферментів, ДНК, РНК). Коли більшість мембрани 
зруйнована, клітина гине. Якщо мембрана зруйнована частково, вона може 
з'єднатися з іншою клітиною, що пояснює сублетальні пошкодження, що 
спостерігаються іноді. 
Оскільки реакції озону із забрудненнями, що зустрічаються у природних та 
стічних водах, непередбачувані та недостатньо вивчені, необхідним етапом у 
розробці технології озонування є проведення попередніх технологічних 
досліджень. На відміну від хлорування стічних вод, коли для визначення 
 
 
необхідної дози хлору, що вводиться, достатньо встановити величину хлоро-
поглинання води в лабораторних умовах, дослідження з озонування повинні 
проводитися на представницькій дослідній установці, яка найбільш повно 
відтворює проведення процесу в реальних умовах очисних споруд. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 5 5 5 5 
 
 І ІІ ІІІ ІV 
 3 
 2 10 10 10 10 
1 
2 2 2 12 
 2 
 
9 
 
 
7 
6 
8 
 
 
1 – подача вихідної води; 2 – пробовідбірник; 3 – термометр; 4-ротаметр; 5-
контактна колона; 6- компресор; 7- озонатор; 8 – вода охолодження 
озонатора; 9 - ротаметри озоно-повітряної суміші; 10 -пористий дифузор; 11 
- викид відпрацьованої озоно-повітряної суміші; 12 - відведення обробленої 
 
 
води; 13 - скидання каналізацію. 
 
Рисунок 3.6-  Схема дослідної установки 
 
 
 
 
 
 
 
Дослідна установка (рисунок 3.6) дозволяє практично повністю 
моделювати процеси озонування стічних вод, що протікають у реальних  
контактних камерах, у тому числі і здійснювати розподіл загального потоку 
озоно-повітряної суміші по окремих колонах (секціях контактної камери), а 
також регулювати напрям потоку рідини відношенню до потоку газу 
(проведення процесу в попутному потоці або в протитоці), що має місце у 
реальних умовах. 
Результати  досліджень із озонування води на дослідній установці 
наведено таблиці 3.7. Техніко-економічний аналіз отриманих результатів 
показав, що в даному випадку економічно прийнятним є преозонування 
сирої води, що дозволить підвищити якість очищеної води та знизити витрату 
хлору на її вторинне хлорування.  
 
Таблиця 3.7- Результати досліджень 
Показник  Преозонування Постозонування 
Час контакту, хв 2,5-3,5 7-10 
Озонопоглинання води, мг/л 0,7-0,9 1-2,2 
Залишковий розчинений озон, мг/л 0,1-0,2 0,8-1 
КІІ озону 0,75-0,9 0,75-0,8 
 
 
Доза озону, що вводиться, мг/л 1,9-2,4 3-4 
Ефект зниження, %:   
 
Інтерес до застосування озону для обробки стічних вод виник останніми 
роками у зв'язку з його потенційно меншою небезпекою для водойми-
приймача, оскільки залишковий розчинений у воді озон повністю 
розкладається за 7-10 хв і, отже, у водоймище не надходить. Як правило,  
 
 
 
використання озону для обробки стічних вод має подвійну мету, забезпечити 
знезараження та покращити якість очищеного підйому. 
Основними показаннями до застосування озону для обробки стічних вод 
є: неприпустимо високий вміст хлору та необхідність дехлорування; 
неможливість з будь-яких причин використання хлору; необхідність 
одночасно із знезараженням покращення якості води; при утворенні 
внаслідок хлорування канцерогенних сполук. Застосування озону дозволяє 
одночасно з знезараженням стічних вод проводити їх часткову доочищення, 
а також істотно знижувати кількість канцерогенних хлорорганічних сполук, 
що скидаються у водойму. 
Дослідження проводилися на трьох станціях аерації – Центральній (ЦСА), 
Північній (РСА) та Восточній (ВОСТ). Результати дослідження наведено у 
таблиці 3.8 
Таблиця 3.8 – Результати досліджень на станціях аерації 
Показник ЦСА СС ВОС
А Т 
Час контакту, хв 20 18 15 
Озонопоглинання води, мг/л 15,1 12,8 8,7 
Залишковий розчинений озон, мг/л 0,8 0,8 0,9 
 
 
КПІ озону 0,94 0,91 0,9 
Доза озону, що вводиться, мг/л 16,9 15 10,7 
 
На Восточній станції аерації додатково випробували насадочну 
фільтраційну контактну камеру таблиця 3.8. , а також провели порівняльні  
дослідження хлорування та озонування біологічно очищених стічних вод,  
результати яких показано в таблиці 3.9. 
 
 
 
 
Таблиця Таблиця 3.8- Дослідження контактної камери 
Тип контактної камери 
Показник 
барботажна насадкова 
Доза озону, що вводиться, мг/л 7,5-14,5 4,5-8 
Залишковий розчинений озон, мг/л 0,9-1 0,2-0,4 
КПІ озону 0,9-0,92 0,65-0,85 
Час контакту, хв 15-18 20-40 
Зважені речовини, мг/л 6,5-12 1,5-8 
БПК5, мг/л 2,7-5 2,2-3 
ГПК, мг/л 30-60 6-20 
Індекс ЛКП, кл/л 22-730 20-600 
Мікробне число, кл/мл 1-30 1-20 
 
Таблиця Таблиця 3.9- Дослідження очищенних стічних вод  
Після Після 
Показник 
хлорування озонування 
Технологічний:   
Доза реагенту: що вводиться у воду , мг/л 4,5 16 
залзалишкова у воді, мг/л 1,5 0,8 
час контакту, хв 30 18 
Мікробіологічний:   
 
 
Індекс ЛКП, кл/л 980 270 
Мікробне число, кл/мл 40 20 
Ентерококи, кл/л 480 520 
Коліфаги, кл/л 2 4 
Сальмонели, кл/л 0 0 
Хімічний:   
Завислі речовини, мг/л БПК5, 14,8 10,2 
мг/л 6,4 4,2 
ГПК, мг/л 60 50 
Хлороргапічні сполуки, мкг/л:   
хлороформ ПЗ 13 
чотирихлористий вуглець 20 5 
дихлорбромметан 1 Відсутнє 
бенз(а)пірен 6 Сліди 
 
Як видно з отриманих даних, при застосуванні контактної камери 
фільтраційного типу підвищується ефективність очищення стічних вод за 
хімічними показниками і в 1,5-2 рази знижується доза озону, а отже, і 
продуктивність озонаторної станції, але при цьому зменшується і величина 
КПІ озону. 
Проведені технологічні дослідження показали, що застосування озону для 
обробки біологічно очищених стічних вод дозволяє не тільки забезпечити 
їхнє нормативне знезараження з одночасною доочищенням за основними 
нормованими показниками, а й різко знизити надходження у водойми 
галогенпохідних, що утворюються при хлоруванні стічних вод. Ефективність 
обробки стічних вод озоном показана у таблиці 3.10 
 
Таблиця 3.10 -  Ефективність обробки стічних вод озоном 
Показник Ефект зниження, % 
Бактеріологічний  
Індекс ЛКП 99,99 
Мікробне число 99,12 
Ентерококи 99,78 
 
 
Фекальні стрептококи 99,7 
Бактеріофаги 99,91 
Сальмонели 100 
Хімічний  
Зважені речовини 30-50 
БПК5 5-25 
ГПК 15-20 
Окислюваність перманганатна 20-30 
СПАВ та нафтопродукти 99 
Нітріти 99 
Залізо та марганець 30-50 
 
 
 
Досліджено вплив катіонів Na+, K+, Mg2+,Са0+ та аніонів SO4-- , Cl, HCO3  
на антимікробну дію озонів у водно відношенні тест-мікроорганізму 
Escherichia coli. Встановлено, що наявність катіонів Na+, K+, Mg2+,Са2+ та  
перекислених аніонів вводячи в кількості характерній  для поверхневих вод 
України, що не впливає на дезінфікуючу дію озону. Присутність бікарбонатів-
іонів у воді >61мг/дм3 (лужність одного мг-екв/дм3) призводить до 
подовження латентної фази, зниження швидкості відмирання тест-
мікроорганізмів у другій повільній фазі і не впливає на швидкість першої  
швидкої фази. Внесення у воду HCO3(рН>8,8) призводить до збільшення дози 
поглиненого озону, необхідної для досягнення певного ступеня 
знезараження, що зумовлено його розкладанням у воді. 
Доза хлору, що вводиться, і час його контакту з оброблюваною водою 
(табл. 14) регламентуються СНиП 2.04.03-85 «Каналізація. Зовнішні мережі та 
споруди», методичними вказівками та рекомендаціями АКХ. 
Хлор - найдешевший із застосовуваних окислювачів, але водночас і 
найслабший їх. Недоліком хлору є його здатність вступати до реакції 
заміщення з утворенням хлорованих вуглеводнів. Так. при знезараженні 
стічних вод рідким хлором на Восточній станції аерації (ВОСТ) при звичайних 
для станцій такого типу параметрах проведення процесу (доза хлору, що 
вводиться 3,1±0,8 мг/л, концентрація залишкового активного (хлору 1,45±0) 
,14 мг/л, час контакту 20 хв.) після хлорування виявили хлороформ, 
чотирихлористий вуглець, дихлорбомметан і бенз(а)пірен (табл. 15), індекс 
ЛКП біологічно очищених стічних вод знижувався з 4,5-106 до  
( 1-1,7)-10' (таблиця 3.11) ентерококи, фекальні стрептококи, бактеріофаги та 
сальмонели не виявлені. Як видно з отриманих даних, для надійного 
нормативного знезараження стічних вод СанПіН 4630-88 «Санітарні норми та 
правила охорони поверхневих вод від забруднення», доза хлору, що 
вводиться, повинна становити 9,5мг/л проти 3-5 мг/л, згідно з СНиП 2 04.03-
85, що підтверджується і даними інши х дослідників. 
 
 
Таблиця 3.11 – Залежність залишкового хлору від концентрації та часу 
контактування 
 Доза 
Залишковий хлор, мг/л, 
 хлору, 
час контакту, хв. 
           Стічні води мг/л 
15 30 60 
Неочищений стік 20-30 4-5 3-4 - 
 
Після механічного очищення 10 34 1,5-3 
    
Після механохімічної чи неповної 
5 1,5-2 1,5 1 
біологічної очистки 
Після повного біологічного, фізико-
3 1,5-2 1,5 1 
хімічного та глибокого очищення 
Таблиця 3.12 – Речовини які контролюються у стічних водах 
    
Концентру-
 ГДК нлн ОДУ у   
ція після 
Показник воді водойм, Лімітуючий Клас 
хлоруванн
мкг/л ознака небезпеки 
я, мкг/л 
шкідливості 
Санітарно-
Хлороформ 110 60 2 
токсікологічний 
Чотирьоххлористийву     
глець 20 200 Органолептичний 4 
Санітарно-
Дихлорбромметан 1 30 2 
токсікологічний 
Санітарно-
Бенз(а)пірен 6 0,0005 1 
токсікологічний 
 
 
 
 
 
 
 
Таблиця 3.13 -  
 Значення показника Коефіцієнт 
 95% варіації, % 
Показник мінімальне максим найбільш 
середня забезпече
альне ймовірне 
ності 
ОМЧ37, кл/мл 5 33 120 31-87 48 22,8 
1.8*106- 
ЛКП, кл/л 40 1,7-103 9,5-104 1,6*108 33,5 
4,8*106 
 
Підвищення в останні роки вимог безпеки при транспортуванні, зберіганні 
та застосуванні рідкого хлору викликало новий поштовх до розвитку та 
практичного застосування для знезараження стічних вод гіпохлориту натрію, 
одержуваного на місці електролізом кухонної солі. При цьому не слід 
забувати, що в процесі електролізу йде утворення хлориту натрію NaClO2 і 
хлорату натрію NaClO3. Оскільки їх вміст у воді водойми нормується СанПіН 
4630-88 (таблиця 3.12), необхідно контролювати їх наявність у робочому 
розчині гіпохлориту натрію і стічних водах, що скидаються, а також 
враховувати при розрахунку ПДС стічних вод у водойму за відповідними 
групами лімітуючих показників шкідливості. 
В останні роки на підприємствах Водоканалу  набули поширення нові 
моделі електролізерів продуктивністю до 100 кг/год по активному хлору, що 
випускаються різними підприємствами. Порівняльні характеристики 
електролізерів різних фірм,  наведено у (таблиця 3.13).  
 
 
Як змішувачі, як правило, використовуються водовимірювальні лотки Вентурі і 
Паршаля, а в якості контактних резервуарів зазвичай застосовують вертикальні, 
комірчасті або горизонтальні відстійники.  
Дослідження щодо знезараження біологічно очищених стічних вод 
озонуванням проводилися на трьох станціях аерації – Центральній (ЦСА), 
Північній (ССА) та Восточній (ВОСТ). Результати досліджень наведено у 
таблиці 3.14. 
В результаті проведених технологічних досліджень встановлено, що 
застосування озону для обробки біологічно очищених стічних вод дозволяє 
не тільки забезпечити їх нормативне знезараження з одночасною 
доочисткою за основними показниками, що нормуються, а й різко знизити 
надходження у водойми хлоруванні галоген похідних, що утворюються при 
очищенні стічних водах. 
Нормативного знезараження вдалося досягти при дозі опромінення 70 кР 
і потужності дози опромінення 25 кР/с. 
      
            Таблиця 3.14 – Результати досліджень 
Показник ЦСА ССА ВОСТ 
Час контакту, хв 20 18 15 
Озонопоглинання води, мг/л 15,1 12,8 8,7 
Залишковий розчинений озон, мг/л 0,8 0,8 0,9 
КПІ озону 0,94 0,91 0,9 
Доза озону, що вводиться, мг/л 16,9 15 10,7 
 
Особливості  економічної шкоди, що завдається водоприймачу скиданням 
стічних вод, а також вартості обладнання та витрати електроенергії а саме 
витрати на знезараження стічної води представлено в таблиці 3.15 
 
 
 
 
Таблиця 3.15 - Витрати на знезараження стічної води  
 Великі питомі витрати на 
 знезараження стічних вод, р/м3 
Спосіб знезараження  
експлуатаційні річні 
капітальні 
наведені 
Хлорування 6,5 0,74 1,52 
Хлорування з дехлоруванням 6,94 0,92 1,75 
Озонування 15 7,48 9,74 
Обробка 
455,75 5,4 60,0
прискореними 
4 
електронами 
Обробка УФ-    
випромінюванням (без 11 1,8 3,12 
урахування заміни джерел 
випромінювання) 
 
 
 
 
1 – насоси першого підйому. 2 – компресор. 3 – озонатор; 4-апарат 
обробки води озоном. 5 – дегазатор залишкового озону; 6 – сигналізатор 
рівня; 
 7 - насоси другого підйому; 8 - регульований електропривод;  
9 - реле протоки; 10 -фільтр освітлювальний вертикальний; 11- 
витратомір води; 12-манометр електронний; 13-пульт управління. 
 
Рисунок 3.7-  Структурна схема озонофільтрувальної 
установки продуктивністю 12 м/год по оброблюваній воді 
 
Витрата очищеної води контролюється витратоміром, де фіксується 
кількість поданої води та час. Одночасно на вторинному приладі 
витратоміра показується та фіксується миттєва витрата води. 
При зниженні споживання води до 60% автоматично подається 
сигнал відключення одного з насосів, які працюють без регулювання 
подачі. У цей час насос із регульованою подачею повинен компенсувати 
 
 
відключення цього насоса за рахунок збільшення своєї продуктивності. 
Якщо споживання  
 
 
води продовжує знижуватись (наприклад, у нічний час), то при досягненні 
30% споживання води відбувається відключення другого насоса з 
нерегульованою подачею. Таким чином, у роботі залишається один насос 
із регульованою подачею води, який підтримує тиск у мережі. 
При збільшенні витрати води (що спостерігається вранці) починається  
автоматичне почергове включення насосів (які раніше були автоматично 
відключені), а насос із регульованою подачею, зменшуючи або 
збільшуючи оберти, підтримує тиск у мережі споживання. 
Автоматизацією станції переслідувалися дві мети: стабільність роботи 
водопровідної мережі (усунення режиму підвищеного напору, механічних 
та гідравлічних ударів); зниження споживання електроенергії з 20 до 70%.  
За результатами наявного досвіду пропонуються три режими роботи 
установок: 
озонофільтрувальний- Передбачається для роботи в періоди року, 
коли очищення води від заліза та інших забруднень методом аерації та 
фільтрування не дає бажаних результатів; 
аераційно-фільтрувальний - застосовується з метою економії 
енергоресурсів у ті періоди року, коли цим методом досягається належне 
очищення; 
фільтраційний— є упрошеним методом очищення та застосовується 
лише за надзвичайних ситуацій (аварії). 
Ефективність роботи установок у кожному режимі залежить від 
багатьох факторів і визначається експериментально при 
пусконалагоджувальних роботах та в процесі експлуатації. 
 
 
В основі всіх зарубіжних озонаторних установок стоїть електричний 
розряд та утворення озону із кисню повітря. При цьому електрод низької 
напруги є циліндром з нержавіючої сталі, в якому із зазором 
встановлений порожнистий циліндричний скляний діелектрик, 
покритий з внутрішньої сторони тонким шаром металу. Електрод 
високої напруги розміщений по центру скляного діелектрика. 
Діелектрик виключає появу розрядів дугової  
 
 
    форми та забезпечує рівномірну структуру променистого розряду. 
При електричному розряді виділяється тепло, яке забирається 
охолоджувальною водою. 
В останніх моделях озонаторів матеріалом плазмохімічного 
(високовольтного електрода) розрядного елемента є кераміка або 
металокераміка. Крім того, генератори озону працюють на підвищеній 
частоті електричного струму до 800Гц, що значно знижує витрату 
електроенергії та збільшує вихід озону. Концентрація озону у газовій 
суміші на виході з генератора дорівнює 10-15%. 
Розрахунок озонаторних установок як для цілей знезараження 
природних та стічних вод, так і для окислення забруднюючих речовин та 
подальшого очищення, може бути зроблений за літературою [46]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5  ОПИС ТЕХНОЛОГІЧНОЇ СХЕМИ ОЗОНУВАННЯ 
 
 Для використання існуючого устаткування система озонування з 
застосуванням барботажної змішувальної камери повинна розташовуватися 
перед скиданням біологічно очищеної стічної води  у вторинному пруді-
відстойнику замість стадії хлорування. 
Одержання озону здійснюється у будівлі очисних споруд, звідкіля 
озоно-повітряна суміш подається по двом повітропроводам у барботажну 
систему озонування води. 
Для проведення процесу озонування серед розробленого 
номенклатурного ряду озонаторного обладнання обираю озонаторний модуль 
В-125-320-1-Л-01. 
 Комплект поставки: 
- блок компримування; 
- блок підготовки повітря; 
- блок синтезу озону; 
- блок дегазації озону; 
 У блок компримування, призначений для транспортування повітря від 
паркана до викиду, входить компресор, холодильник, повітрозабірник, шафа 
керування, щит автоматики. 
 У блок підготовки повітря, призначений для очищення й осушки його, 
входить теплообмінник, вологовідділювач, блок масляних фільтрів, система 
сушки повітря, повітрозабірник. 
У блок синтезу озону входить генератор озону, агрегат 
електроживлення, електророз’єднувач, автоматична система керування 
озонатором. 
Блок дегазації озону, призначений для каталітичного розкладання 
залишкового озону, що відходить із камери змішування, перед викидом 
 
 
повітря в атмосферу, складається з каталітичної системи розкладання і щита 
керування. 
 Атмосферне повітря забирається через повітрозабірник 1, проходить 
повітряний фільтр 2 для очищення від пилу, надходить у компресорне 
відділення, де стискується компресором 3 до тиску 0,16 МПа. Компремоване 
повітря охолоджується до температури 200С в холодильнику 4 і надходить в 
ресивер 5, після чого надходить у теплообмінник 6. Охолоджене і частково 
осушене повітря надходить в блок сушки повітря БОП, що складається з 
водовідокремлювача 7, двох паралельно працюючих адсорберів 8 та 8`, які 
містять силікагель та алюмогель (1:1). В першому шарі силікагелю вміст 
водяної пари в повітрі знижується до температури роси 10-150С нижче нуля. 
У другому шарі – алюмогелю - сушка закінчується з вмістом водяної пари, 
що відповідає температурі роси 45-500С нижче нуля. Після цього повітря 
збирається в повітрозбірнику 9. Через редуктор тиску 10 осушене повітря під 
тиском 0,16 МПа надходить в генератор озону 11, де під впливом тихого 
електричного розряду при 1 кГц і 10 кВт здійснюється синтез озону в суміші 
з повітрям[10,24]. 
У зв`язку з тим, що тихий електричний розряд супроводжується 
тепловиділенням, передбачається водяне охолодження електродів озонатора. 
Подача напруги на озонатор проводиться від підвищуючого трансформатору 
(змінний струм частотою 50Гц, з напругою 380В) за допомогою 
високовольтного кабелю (на схемі не показані). 
Холодильна машина 12 качає холодну воду в теплообмінник 6 та 
озонатор 11 для зниження температури повітря, що поступає, до 15-200С і 
озонуючих елементів до 20-250С з метою оптимізації роботи озонатора, 
отримання стабільних номінальних концентрацій озону в озоно-повітряній 
суміші. 
Заключною операцією технологічного процесу є забезпечення стикання 
озону і води, тобто швидке і повне змішування великої кількості води з 
озонованим повітрям в спеціальній контактній камері 14. Озоно-повітряна 
 
 
суміш G=2250 м3/год з вмістом озону 20 г/м3 надходить у трьохсекційну 
контактну камеру, де озон контактує з водою, взаємодія з органічними 
домішками, фіто - та зоопланктоном, руйнуючи їх. 
 Відпрацьований повітряний потік з робочих камер надходить в блок 
дегазації озону, де озоно-повітряна суміш з вмістом озону не більше 2 г/м3 
розкладається до кисню і викидається в атмосферу. 
 
Таблиця 5.1  Експлікація до принципової технологічної схеми  
очищення  стічної води із використанням озону 
№ п/п Найменування обладнання 
1 Криниця вихідної води 
2 Біопоглинач 
3 Мікрофільтр 
4 Камера озонування 
5 Резервуар озонованої води 
6 Піщаний швидкий фільтр 
7 Засувка 
8 Вентиль 
9 Резервуар фільтрованої води 
10 Каталітичний розкладач 
11 Повітря на скид 
 
 
Таблиця 5.2  Експлікація до технологічної схеми  
                      виробництва озону 
№, п/п Найменування обладнання 
I вода 
II Озоно-повітряна суміш до споживача 
III Вода на заповнення системи і підживлення 
IV Вода на зволоження каталізатору 
БК Блок компримування 
БПП Блок підготовки повітря 
 
      Продовження таблиці 5.2 
1 2 
 
 
БСО блок синтезу озону 
БВ Блок водопідготовки 
БДО Блок дегазації озону 
АСУ Автоматична система управління 
1 Повітрязабірник 
2,2` Фільтр повітря 
3,3` Повітряний компресор 
4 Холодильник 
5,5` Ресивер 
6 Теплообмінник 
7 Водовідділювач 
8,8` Адсорбер 
9 Повітрязабірник 
10 Редуктор тиску 
11 Генератор озону 
12 Холодильна машина 
13,13` Насос 
14 Контактна камера 
15,15` Високовольтний роз’єднувач 
16,16` Перетворювач частоти 
17 Підживлюючий бак 
18,18` Дегазатори озону 
19 Шафа управління 
20 Щит автоматики 
21 Щит регулювання 
22 Щит приборів 
 
     Продовження таблиці 5.2 
1 2 
23 Станція управління 
 
 
24 Щит оператора 
25 Щит електрообладнання 
26 Щит місцевий 
27 Регулюючий мікропроцесорний контролер 
 
Витрати води, що поступає на озонування різні для різноманітних точок запровадження озону в систему [2]. 
Для озонування води в трубопроводі продуктивність насосної станції 
складає 10000 м3/ч. У цьому випадку при безкінечному часі контакту фаз 
доза озону буде дорівнює 2,25 г/м3. Тоді витрати озону дорівнюють: 
Q`  100002,25  22,5  кг/год. 
О3
Кількість озонаторів складе: 
22,5
   N  1,5  2шт. 
15
Для озонування води в барботажній камері на території цеху 
водоочищення маємо витрати озонованої води від 1000 до 10000 м3/год, 
максимально виявлена доза озону при цьому складає 2,82 г/м, із коефіцієнтом 
використання - 0,87. 
Витрати озону складають: 
Q`` 10000  2,82
O   32414  32,4  кг/год. 
3 0,87
Приймаються високопродуктивні озонатори марки В-125-320-1-Л-01, що 
виробляють 15 кг/год озону, у кількості: 
32,4
   N   2,16 , тобто 3 шт. 
15
Крім того приймається один резервний озонатор тієї ж марки. 
Разом: N= 4 шт. 
Потужність, споживана одним озонатором дорівнює 443кВт. 
Сумарна потужність станції по опрацюванню води: 1772кВт. 
Для електросинтезу озону необхідно подавати сухе повітря в 
кількості: 
 
 
Q` 1000 15 1000
  q оз. 3
возд.   815,2 816 нм /год,                  
C   20 0,92
(7.1) 
де Q'оз. - продуктивність озонатора, кг/год; 
С - концентрація озону в озоно-повітряній суміші, г/м3; 
 - коефіцієнт використання розрядного проміжку. 
Крім того, з огляду на витрати повітря, необхідного для регенерації 
автоматичного блоку осушки повітря АЗОМI, кількість повітря, 
необхідного для регенерації однієї установки 5нм3/хв [55] або 300 м3/год, 
загальні витрати повітря складають: 
Vох. пов.=816·3+300·2=3048 м3/год або 50,8 м3/хв. 
Для подачі атмосферного повітря приймаємо ротаційні газодувки 
IГ24, продуктивністю в 10,5 м3/хв при тиску 0,16 МПа і швидкості 
обертання 960 об/хв з електродвигунами А-101-8 потужністю 40 кВт 
кожний [55]. 
Усього необхідно встановити: 
50,8
   n   4,84   5 робчих газодувок й одну резервну. 
10,5
На усмоктувальному трубопроводі кожної газодувки установлюється 
фільтр ФЯП із продувною спроможністю до 50м3/хв. 
 
7.1 Розрахунок фреонової установки 
 
Перша ступінь осушки повітря здійснюється за допомогою 
фреонового холодильного агрегату. 
Якщо температура повітря після газодувки вище 300С, то роблять 
охолодження повітря в теплообміннику водопровідною водою.  
У холодильній установці повітря прохолоджується з 26 до 60С 
унаслідок випару фреону - 12 (при температурі - 150С). 
 
 
Кількість холоду, необхідна для охолодження повітря, визначається по 
формулі: 
 
   Qохл. пов. = Vохол.пов· ·С ·t                                       (7.2) 
де Vохол.пов. - кількість повітря, що охолоджується, м3/год; 
 - маса 1м3 повітря, рівна 1,293 кг; 
С - теплоємність води, рівна 0,241 ккал/кг·град; 
t - перепад температури. 
 
Qохол.пов.=1824·1,293·0,241·20=11367,642ккал/год або 47562кДж/год. 
Обсяг повітря V у загальному виді обчисляємо по формулі: 
 
Vохл. T P V
   V  .  охл.возд.  (T0  t) P                          
T0 Pраб. T0 Pраб.
(7.3) 
 
Тоді при робочих параметрах повітря, що надходить у теплообмінник 
t1=260C і Pроб. =2атм і вихідного з нього t 0
2=6 C і Рроб. =2атм: 
1824(273 26) 1,033
V  1032  м3/год; 
1
273 2
1824(273 2) 1,033
V   962,8  м3/год. 
2
273 2
Кількість вологи в повітрі в загальному виді визначається по формулі: 
 
    q = а·V,                                                     (7.4) 
де а - вологовміст в повітрі при данній температурі, кг/м3. 
При  t 0 3
1 = 26 С - а1 = 0,02686 кг/м ; 
t2 = 6 0С – а2 = 0,007474 кг/м3. 
Тоді:  
q1 = 0,02686·1032 = 27,72 кг/год; 
 
 
q2 = 0,007474·962,8 = 7,69 кг/год. 
Кількість вологи, що виділяється в апараті холодильної установки: 
   qап = q1 - q2 = 27,72 - 7,19 = 20,53 кг/год.  
Кількість холоду, необхідна для охолодження парів вологи в апараті 
26  6
рахується від t  160С  до кінцевої t2=60С: 
ср.
2
 qохол. ул.= 20,53·1·(16-6) = 205,3 ккал/год = 858 кДж/год. 
Кількість холоду, необхідна для конденсації вологи, затриманої в 
холодильнику: 
 
qконд. = qап ·до ,                                                            
(7.5) 
де  до - тепло конденсації водяних парів, рівне 595 ккал/год. 
 Тоді:  
qконд = 20,53 ·595 = 12215 ккал/год = 51061 кДж/год, 
Загальна кількість холоду для всіх операцій з урахуванням 25% на 
втрати: 
Qобщ. = 1,25(Qох. пов. + qохл.ул. + qконд.) = 
= 1,25(13,67+205+12215) = 21735ккал/год =                                            
(7.6) 
= 1242933 кДж/ч. 
Приймаємо для повітропостачання озонаторів автоматичний блок 
компримирування, що складається з ротаційної газодувки IГ24, що 
агрегатирується з холодильником холодопродуктивністю 15000 ккал/год із 
потужністю електродвигуна 75 кВт і швидкістю обертання 735 об/хв. Вага 
кожного агрегату 2160 кг. Кількість механічних робочих осушувачів: 
29735
   n   2. 
15000
Крім того приймаємо резервний осушувач - 1 шт.  
Подача розсолу 
 
 
Кількість розсолу хлористого кальцію, що циркулює в 
кожухотрубчатому теплообміннику, визначається по формулі: 
 
Qобщ.
   V ,                                               
рас. 
t рас.Cрас.  рас.
(7.7) 
де  tрас. - підвищення температури розсолу при проході через 
повітрявідділювач, рівне 30С; 
рас.- маса 1 дм3 розсолу при середній температурі, рівна 1,15кг/дм3. 
299735
V  11106дм3/год = 11 м3/год. 
рас.
3 0,776 1,15
Теплообмінник 
Поверхня теплообмінника, необхідного для охолодження повітря: 
 
Qобщ.
   Fт.о.  ,                                                                     
K  t
(7.8) 
де Qобщ-максимальне теплове навантаження на теплообмінник, ккал/год; 
К-коефіцієнт теплопередачі з урахуванням конденсації парів вологи, 
рівний 36 ккал/м2·год·град. 
t - різниця температур (розсол-повітря), рівна 80С. 
Звідси: 
23735
F 2
т.о.   103,2м . 
36 8
Приймаємо теплообмінник ТН-31 по ГОСТу 15120-69 із поверхнею 
теплообміну 68 м2, довжиною труб l = 3000 мм, числом труб n=121, 
діаметром кожуха Дзовн.=600 мм у кількості n=103,2:682шт. Крім того 
приймаємо резервний теплообмінник тієї ж марки. 
 
7.2 Розрахунок блока осушки 
 
 
 
Після охолодження й осушки в механічному осушувачі повітря 
надходить на глибоку доосушку в автоматичний блок осушки повітря 
АЗОМI. 
Потрібно осушити повітря до вологоутримання 0,05 г/м3 
(температура точки роси 500С). 
Для осушки завантажимо один адсорбер технічним силікагелем по 
ГОСТу 3956-76. Вологовміст після адсорбції складає 0,1 г/м3 (температура 
точки роси мінус 40 0С). 
Інший адсорбер завантажимо активним окисом алюмінію по ТУ 601 
190-75. Вологовміст після адсорбції - 0,001 г/м3 (температура точки роси 
мінус 600С). Підключимо адсорбери паралельно. Половину потоку повітря 
будемо пропускати через силікагель, а другу через алюмогель. При виході з 
адсорберів потоки будуть змішуватися. При цьому досягається необхідний 
вологовміст повітря 0,05 г/м3 (температура точки роси мінус 500С) [56]. 
Умови роботи осушувачів відрізняються від рекомендованих заводом-
виготовником, тому необхідно зробити їхній перевірочний розрахунок, 
вихідні дані для який приведені нижче. 
Кількість осушуваного повітря - 1224 м3/год. 
Температура повітря на вході - плюс 60С. 
Тиск повітря на вході - 0,08 МПа. 
Кількість вологи в повітрі: 
на вході - 7,4 г/м3. 
на виході з 1 адсорбера при температурі точки роси – 400С 
на виході з 2 абсорбера при температурі точки роси – 600С- 0,01 г/м3. 
Тривалість циклу роботи – 8 годин. 
Обсяг повітря в робочому стані: 
1224  (273 6) 0,103
   Vраб.   716  м3.                 
273 0,18
(7.9) 
 
 
Розділимо на дві частини і зробимо розрахунок для осушки однієї 
частини - силікагелем, інший алюмогелем. 
3
1. V . 
раб.  357м1
За період адсорбції з повітря виділяється волога масою  
   357·(7,4 - 0,1)·8 = 20,9 кг. 
Маса силікагеля КСМГ, необхідного для адсорбції при 
вологопоглинаємості 79%: 
20,9 100
 298кг. 
7
Кількість силікагеля для завантаження двох веж одного агрегату - 
1050 кг, однієї вежі 525 кг. 
Приймаємо один абсорбер установки АЗОМI для завантаження 
силікагелем. 
V 3
2. . 
раб.  357м
2
За період адсорбції з повітря виділяється волога масою: 
   357· (7,474 - 0,01) 8 = 21,342 кг. 
Маса вартості марки А2, необхідного для адсорбції при 
вологопоглинальній спроможності 5%: 
21,342 100
    427кг.  
5
Маса силікагеля КСМГ, що завантажується в один адсорбер 
установки АЗОМI, складає 525 кг. Маса активного окису алюмінію, що 
завантажується в цей адсорбер: 
d 0,72
   525  1  525   619,7кг  620кг,                  
d2 0,61
(7.10) 
де d1 - насипна щільність силікагеля КСМГ, г/дм3; 
d2 - насипна щільність активного окису алюмінію, г/дм3. 
Визначаємо необхідну кількість одночасно працюючих адсорберів: 
 
 
427
   na   0,7шт. 
620
Разом, для осушки повітря потрібно один агрегат АЗОМI. 
Приймаємо дві установки АЗОМI. Одну завантажуємо силікагелем, а 
іншу алюмогелем. 
Кожний агрегат АЗОМI складається з двох адсорберів: один 
знаходиться в дії, а інший на регенерації.  
Перевіряємо гідравлічний режим адсорбції. Фіктивна швидкість 
повітря в поперечному перетині адсорбера: 
Vраб. 1000
     ,                                                          ф
F n 60
(7.11) 
де  Vраб.-обсяг повітря в робочому стані, що надходить на осушку, м3/год; 
F - площа одного адсорбера, см2 (при діаметрі вежі 0,56м, площа F = 
0,9847 м2 або 9847 см2). 
n - кількість одночасно працюючих адсорберів. 
716 1000
   ф   0,6m/ xв  см2. 
9847  2  60
цей розмір не перевищує припустиму (0,6<1,0 м/хв см2). 
Тепловий баланс процесу регенерації 
Витрата тепла на регенерацію: 
 
tвозд.  tср.
   Q1  Pсил. Cсил.  (  tа ),              
2
tвозд.  tср.
Q1  Pал. Cал.  (  tа ),                                
2
(7.12) 
де Рсил, Рал. - вага силікагеля, вага алюмогеля; 
Ссил. - теплоємність силикагеля, рівна 0,22 ккал/кг·град. ; 
Сал. - теплоємність алюмогеля, рівна 0,25 ккал/кг·град. ; 
 
 
tа - температура адсорбенту в період регенерації = 6 0С; 
tпов. - температура підігрітого повітря на вході в адсорбер = 240 0; 
tср. - середня температура регенераційного повітря = 800С. 
240  80
Q1  1050 0,22  ( 6)  35574ккал  148842кДж , 
2
 240 80 
Q  1240 0,25   6   47740ккал  199744кДж.  1
 2 
Витрата тепла на нагрів металевого корпуса адсорбенту: 
tвозд.  tср.
   Q  P C  (  t ),                                  2 м м а
2
(7.13) 
де  Рм - вага металу, рівна 450 кг; 
См - теплоємність металу, рівна 0,12 ккал/кг·град. 
Q2 = 450 · 0,12 · 154 = 8316 ккал = 34794 кДж. 
Витрата тепла на нагрів і випар вологи, що виділяється при 
регенерації. 
Повітря для регенерації береться з загальної системи повітряподачі в 
кількості q 3
промов=600 м /год, що було розраховано при визначенні загальної 
потреби в повітрі. 
За період регенерації при тривалості робочого циклу 8 год маса вологи, 
що видаляється буде дорівнювати: 
   qул. = 20,90 + 21,34 = 4,224 кг. 
Витрата тепла на нагрів і випар цієї вологи складе: 
  
   Q3 = qул. · ( r + t ),                                                        
(7.14) 
де r - сховане тепло випару води при t = 1000; Р = 760 мм.рт.ст.; 
r=540ккал/год. 
          Q3 = 42,24· ( 540 + 100 ) = 27033,6 = 113000 кДж. 
Втрати тепла з повітрям, що відходить: 
 
 
 
Q4 = Vрег. · С ( tпорівн. - t3 ),                                                       
(7.15) 
де Vрег. - кількість повітря, що затрачається на регенерацію, м3/год; 
С - теплоємність повітря, рівна 0,241 ккал/кг·град; 
tср. - середня температура регенераційного повітря; 
t3 - температура усмоктуваного повітря, год. 
          Q4 = 600· 0,241 ( 80 - 6 ) = 10700 ккал = 44770 кДж. 
Загальні витрати тепла на регенерацію ( включаючи 10% на 
невраховані втрати ) складають: 
 
Qт = (Q1 + Q2 + Q3 + Q 1,1
4)  =35574 + 47740 + 2·34794 +  
+27034 +10700 = 190636 ккал = 796858 кДж. 
Одночасно регенеруються тільки два адсорбери з чотирьох. Тому 
витрати тепла при такій роботі адсорберів будуть у два рази менше: 
Qт  95318ккал  398429кДж.  
2
Температура нагрівання повітря: 
0,5 Q
T  ат. ,                                                               н
Vвозд. n C 
(7.16) 
де n - тривалість регенерації, рівна 2год; 
З і  - теплоємність і питома вага повітря. 
25318
T 0
н   254,9 С . 
300 2 0,2411,293
Потужність електронагрівача для нагрівання 300 м3/год повітря від 
температури 2760С дорівнює: 
V
N  возд. C T’ 300 0,241 255
э   26,8кВт,             
860  860 0,8
(7.17) 
 
 
що відповідає потужності електронагрівача автоматичного блока осушки 
повітря АЗОМI, що складає 30-34 кВт. 
Витрата води для охолодження одного блока за час робочого циклу. 
 
P 
q  ад.
охл. ,                                                                        
t  n
(7.18) 
де  - тепло адсорбції для силікагеля 83 ккал/кг, для алюмогеля 84,5ккал/кг; 
t - різниця температур адсорбенту на початку і наприкінці робочого 
циклу; звичайно приймають 25-300С. 
 
525 83  620 84,5
 qохл.   480дм3/год=0,48м3/год. 
25 8
Температура холодної води складає 100С. 
Фільтр 
На виході з кожного адсорбера встановлюється фільтр для пилу для 
уловлювання часток адсорбера, що розпорошується. 
Фільтр являє собою конусоподібний стакан із металевої сітки. У 
якості матеріалу, що фільтрує, застосовується войлочна тканина. Можуть 
бути застосовані й інші конструктивні типи апаратів аналогічного 
призначення [58]. 
Необхідна поверхня фільтрації в фільтрі для пилу: 
 
V
Fп.ф.  ,                                                                          
n ф.
(7.19) 
де V - робочий обсяг ;повітря, що протікає через фільтр для пилу; 
ф - об'ємна швидкість фільтрації повітря, рівна 1000 м3/год на 1 м2; 
n -число одночасно діючих адсорберів. 
 
 
1087
F 2
   п.ф.   0,54м . 
2 1000
Водомасловідділювач 
Перед безпосередньою осушкою повітря, що подається в генератори 
озону, здійснюється його очищення від краплинної вологи й олії в спеціальних 
апаратах. 
Водомасловідділювач являє собою вертикальний циліндричний апарат, 
що складається з корпуса і тангенциально привареним до нього вхідним 
штуцером, що забезпечує обертальне направлення вхідного повітря в 
кільцевій щілині між внутрішньою поверхнею корпуса і трубою, закріпленою 
у водомасловідділювачі. Для поліпшення сепарації краплинної вологи у 
водомасловідділювачі установлені відбіййники. 
Приймається водомасловідділювач типу МО-30. Один установлюється 
після першого теплообмінника, інший - після холодильної установки. 
 
7.3 Електросинтез озону 
 
Електросинтез озону здійснюється в генераторах озону трубчастого типу. 
Генератор озону трубчастого типу являє собою горизонтально 
розташований апарат, що складається з циліндричного корпуса і знімних 
сферичних днищ. По своїй конструкції апарат нагадує теплообмінник. У 
корпусі установлені два вертикальні опорні штахети, у яких закріплені 
трубки. Їхня кількість визначається необхідною продуктивністю 
озонаторного казана. Головною частиною розрядної трубки є два 
концентрично розташованих електроди, розділені діелектричним бар'єром і 
повітряним зазором у межах 1-3 мм. Одним з електродів служить труба з 
нержавіючої сталі (заземлений електрод), у який установлена скляна трубка 
з нанесеним на її внутрішню поверхню покриттям, що токопроводить і 
виконує роль високовольтного електрода. Озон утвориться при проходженні 
повітря через кільцевий зазор між заземленим електродом і скляним 
 
 
діелектриком при подачі на озонатор напруги 5000-20000В. У якості 
діелектричного бар'єра крім скла використовують емаль або пластмаси. 
Для відводу тепла з зони розряду зовнішні електроди охолоджуються. 
У установках, що працюють на промисловій частоті, у якості холодоагенту 
використовують воду температурою 200С, витрата якої складає біля 3-5 
дм3 на 1 г озону. 
Температура води в генераторах озону, як правило, підвищується не 
більш ніж на 6-8 0С. 
Для синтезу озону приймається трифазний озонатор типу В-125-320-
1-Л-01. 
 
Технічна характеристика озонатора В-125-320-1-Л-01. 
1) Продуктивність по озону, кг/год  15 
 2) Концентрація озону, г/м3  20 
 3) Приведені витрати газу, м3/год  до 410 
 4) Розрахунковий тиск газу, МПа  0,18 
 5) Робочий тиск газу, МПа  0,16 
 6) Температура вхідного газу, що                                          від мінус 15 
     допускається, 0С                                                                  до плюс 20 
7) Витрати води на охолодження, м3/год  до 50 
 8) Тиск охолодженої води  налив 
 9) Температура вхідної води, 0С  до 20 
 10) Потужність озонатора, кВт  320 
 11) Потужність споживана модулем, кВт  443 
 12) Коефіцієнт потужності  0,85 
 13) Озонатор розрахований на живлення від             
380В 
трифазної мережі перемінного току напругою і 50Гц 
частотою 
 
 
 14) Маса, кг  не більше 10500 
 Примітка: 1) Газ, що подається на озонування, повинен мати абсолютну 
вологість не вище 30 мг/м3 (температура точки роси мінус 
500С) і ступінь забруднення не нижче 1 класу ГОСТ 17433-72. 
2) Вода, що подається на охолодження генератора озону, 
повинна містити не більш 30 мг/л іона хлору. 
Технічні вимоги 
1) Виготовлення і приймання апарата робити відповідно до вимог ОСТ 
26-291-71 ТУ 26-01, програмою і методикою іспитів 394074/075 ОМ. 
2) Зварювальні шви трубного і міжтрубного простору випробувати на 
щільність галоїдним течепошукачем при тиску 0,6 кгс/см2. 
3) На опорах завдати монтажні ризки, що фіксують головні осі 
апарата для вивірки проектного положення на фундаменті емаллю НЦ-132 
ГОСТ 6631-74 білою. 
4) Для вивірки апарата в горизонтальній площині рівень 
установлювати на верхню утворюючу корпуса. Місце установлення рівня 
обвести емаллю НЦ-132 ГОСТ 6634-74 білою. 
5) Трубопроводи гнути по місцю радіусом Р=50мм. 
6) До патрубків камер діафрагми приварити тенеля з гайками з 
комплексу діафрагми. 
7) Головний матеріал сталь 12Х18Н10Т   ГОСТ 5632-72. 
8) Генератор озону поставляється в зібраному виді з окремо 
упакованими склоелектродами, ізоляторами, блоком датчиків, манометром 
і термометрами, що монтуються на місці монтажу силами замовника. 
9)Контроль кутових швів приварки штуцерів і бобишек зробити 
зовнішнім оглядом, контроль приварки фланців зовнішнім оглядом і 
кольоровою дефектоскопією по ЗРТМ 13244-74. 
10) Міжтрубний простір випробувати на витривалість гідравлічним 
тиском 0,2 МПа (2 кгс/см2). 
 
 
Озонатори постачаються необхідними засобами автоматики й 
укомплектовуються допоміжним устаткуванням. У якості допоміжного 
устаткування виробничим об'єднанням Курганархіммаш випускаються 
автоматичний блок компримування повітря АБК-630, осушувачем повітря 
механічним ОВМ-0,63, водовідділювач МО-30Н, автоматичні блоки осушки 
повітря адсорбційні (продуктивністю по повітрю 100-6000 м3/год), фільтр 
патронний ФП-08, різноманітні типи контактних апаратів (апарати 
контактні пінні -КП, апарати контактні колонні - АКК). Докладні технічні 
характеристики перерахованого устаткування подані в каталозі 
Курганархіммаша. 
 За дослідними даними приймаємо Vа=160000 В  та  w=50 Гц; розміри 
Сі та Сп визначаються за формулами для наміру ємності плоского 
конденсатора, їхні розміри дуже невеликі й вимірюються в мікрофарадах . 
Для данних умов прийняті: Сі =28,2 мФ або 28,2 10-6 Ф, і Сп=0,4 мФ 
або 0,4  10-6 Ф. 
 Розмір потенціалу розряду через розрядний проміжок складає біля 126 
В на кожний лінейний міліметр проміжку. В аналізованому озонаторі 
ширина розрядного проміжку складає 3 мм, отже 
Vр=3 2000=6000 В. 
 Активна потужність розряду озонатора:  
 
2
                 U= Vр[ Cі (Vа- Vр)- Cп Vр],     (7.20) 

 
де Vа - робоча напруга, яка підводиться до озонатору, В; 
             Vр -   напруга на розрядному проміжку, В; 
              w - кругова частота току, Гц; 
              Cі -  електрична ємність електродів, Ф; 
              Cп - електрична ємність розрядного проміжку, Ф. 
 
 
2
U= 6000 -6
50[28,210 (20000-6000)-0,4 10-6
 6000]=5,455 кВт. 
3,14
 Для крупного обладнання, що озонує, має важливе значення 
співвідношення між потужністю озонатора і потужністю обладнання, що 
харчує озонатор током. Тому в озонаторах треба розрізняти активну 
потужність U, яка вимірюється у кВт, і називається “уявна”, або вольт-
амперну потужність Uа, вимірюється у кВА. 
 Відношення: 
 
U
= е      (7.21) 
Ua
 
називається ємкосним коефіцієнтом потужності. Для озонатора В-125-
320-1-Л-01 цей коефіцієнт при повному і мінімальному навантаженні 
дорівнює відповідно 0,47 і 0,6. 
 При значенні е=0,47 потужність трансформатора по формулі (7.21) 
буде: 
 
75
Uа= =160  кВА. 
0,47
 
 Головною деталлю аналізованого озонатора є скляні діелектричні 
трубки, заплавлені з одного кінця та які мають на внутрішній поверхні 
алюмінієве покриття. 
 Скляні трубки робочою довжиною l=1,05 м і загальною довжиною по 
1,32 м розміщені концентрично в 235 стальних трубках, що проходять через 
весь корпус озонатора, з обох його кінців. Стальні трубки мають 
внутрішній діаметр  d1=80 мм. Зовнішній діаметр скляних трубок  d2=74 
мм. Концентричний зазор між трубками шириною 3 мм служить розрядним 
 
 
проміжком. Площа поперечного перетину кільцевого розрядного проміжку 
буде: 
 

Fр= (d 2+d 2
1 2 ),      (7.22) 
4
 
Fр=0,785(0,082-0,0742)=0,00072 м2. 
 Швидкість проходу сухого повітря через кільцевий проміжок прийнята 
рівною: vв=0,31 м/с. Тоді витрата сухого повітря через одну трубку 
озонатора буде: 
  
    qв=fр vв 3600,         
(7.23) 
 
qв=0,00072 0,313600=0,805  м3/год. 
 Оскільки задана продуктивність одного озонатора Gоз=7,5кг/год, то 
при ваговій концентрації озону Соз=20 г/м3 і коефіцієнту використання 
розрядного проміжку К=0,92 кількість сухого повітря, необхідного для 
електросинтезу, дорівнює: 
 
1000
Qв=Gоз ,      (7.24) 
Cоз К
 
1000
Qв=8,3 =450  м3/год. 
20 0,92
 Отже, кількість скляних діелектричних трубок в одному озонаторі:  
 
Q
n в
тр= .,       (7.25) 
qв
 
 
 
450
nтр= =558  шт. 
0б805
 Продуктивність кожної трубки по озону: 
  
                                            qоз=Gоз / nтр,                                          (7.26) 
      qоз =7500/470=16 г/год. 
 Енергетичний вихід озону: 
 
G
Э оз
оз  .     (7.27) 
U
8,3
Эоз = =0,111  кг/кВт год. 
75
 Потужність на один елемент: 
  
U
Wе= ,      (7.28) 
n тр
 
160000
      Wе= =287  Вт. 
5558
 
 Питоме споживання електроенергії (або енергетичний к.к.д): 
W
Э= ,      (7.29) 
qоз
де  W - споживана потужність, Вт; 
           qоз - продуктивність по озону, г/год. 
Тоді: 
287
Э= =19,3 Вт год/м. 
14,9
 Загальна електродна площа складає 137м2, а на один елемент: 
137
fи= =0,245  м2. 
558
 
 
 Питома потужність: 
 
W
      W = з
0 ,,      (7.30) 
Fз
 
287
W0= =11,7  Вт/дм2. 
24,5
 
 Виробка озону на 1 м2 електроду:  
 
W
В= з ,     (7.31) 
qоз
 
14,9
В= =78,4  г/год  м2
 . 
0,245
 
 Сумарна площа поперечних перетинів 279 електродних трубок 
зовнішнім діаметром d=83мм: 
f0=0,00541 2
 279=1,509 м . 
 Площа поперечного перетину циліндричного корпуса озонатора 
повинна бути більше f0 на 50 %, тобто: 
 
F 2
к=1,509 1,5=2,25  м . 
 Звідси внутрішній діаметр корпуса озонатора буде: 
 
F
                                                        D=2( k )-0,5,                                                    

(7.32) 
 
2,25
D=2( ) -0,5=1,7 м. 
3,14
 
 
 Так як 85-90% електроенергії, споживаної для виробництва озону, 
витрачається на тепловий розподіл, потрібно забезпечити охолодження 
електродів озонатора. Витрати води для охолодження електродів складає 
160 л/год на одну електродну трубку або сумарно на весь озонатор:  
279
     Qохл=160 =45 м3/год, або 12,5 л/с. 
1000
Середня швидкість прямування охолодної води складе: 
 
Q
V охл
охл= ,      (7.33) 
Fохл  f0
 
45
Vохл= =60  м/год, або 1 м/хв. 
2,25 1,50
Температура охолодженої води t=200С. 
 
 
7.4 Розрахунок змішувача 
 
7.4.1 Розрахунок озонування води в трубопроводі 
 
Вода надходить на виробництво по двох водопроводах діаметром по 
90мм. Перспективна витрата води з урахуванням усіх споживачів складе 
10000 м3/год. 
Забір води здійснюється на береговій насосній станції двома насосами 
НДС (2 резервних) продуктивністю Q = 6500 м3/год кожний. Утворюваний 
напір H=79,0 м. Робочий тиск у трубопроводі - 5-6 атм. Довжина 
водопроводу - 4,4 км. Лінійна швидкість - 2 м/с. Таким чином, час контакту 
складе 36,6 хвилини.  
Струминний апарат (водоповітряний ежектор) установлюється 
паралельно трубопроводам на байнасе [59]. 
Тиск ежектируємої озоно-повітряної суміші -рн=0,16МПа. 
 
 
                                                                             T 0
н =20 С. 
Тиск робочої води перед соплом                       рр = 0,6 МПа. 
Температура робочої води                               tр = 200С. 
Приведені витрати озоно-повітряної суміші: 
816· 3 = 2448 нм3/год. 
Об'ємний коефіцієнт ежекції: 
 
V
U 0 
в ,                                                                                  
Vр
(7.34) 
де Vр - об'ємна витрата робочого середовища = 10000 м3/год. 
1224
U 0   0,1224. 
10000
Коефіцієнт ежекції ми задаємо необхідну дозу озону. Саме при такому 
співвідношенні газу і рідини Д 3
оз = 2,25 г/м . 
Максимальний об'ємний коефіцієнт ежекції визначається по формулі: 
 
Pp
U0  0,85  1,                                                             
Pc
(7.35) 
Pр = Pр – P0; 
Pс = Pс – P0;                                                                                              
(7.36) 
де Pс - тиск водо-озонової суміші після ежектора. 
Звідси знаходимо: 
P 2
p  0,2448 1
    2,145  
Pc  0,85 
Pр = Pр – P0;                                                                             
(7.37) 
 
 
де Рн = 1,6 ат.;  Рр = 6 ат. 
                 Рс = Pс – P0;                                                                                
(7.38) 
Pp 6 1,6
  1,744   
Pc т– 1,6
Рс = 1,744 + 1,6 = 4,1 атм. 
Головний геометричний параметр ежектора - відношення перетинів 
камери змішання і сопла: 
 
f P
3 p
     1,744  
fp1 Pc
 
В результаті критеріального опрацювання експериментальних даних 
запропоновані формули для розрахунку повітряних ежекторів. 
Рівняння характеристики ежектора при  
1,7  f3 / fp1  < 4 
 
0,93  1,47
 f   f  P 
0,152 3  3 c 0,5
 fp  10,47 fp  wp1dp1 
 1    1  P
 p 
                            
 P 
0,5 0,5
 0,26011,0977
c
wp1dp1  0,1wp1dp1
 Pp 
(7.39) 
де wp1 - швидкість витікання води із сопла, м/с; 
dp1 - діаметр сопла, м. 
Швидкість витікання води із сопла при 1 = 0,95 (експериментально 
отриманий коефіцієнт швидкості для сопла) [60]. 
     14,11 тр  14,10,95 4,4  28,1м/c 
 
 
Рс 2,5
     0,538  
Рр 4,4
Рс
При 0,106  
Рр
0,68
 f   Р 
 з   0,877 с   0,877 0,5680,68  1,3 
 f   
 p1 опт  Рр 
Необхідний діаметр робочого сопла: 
0,4
 
 
2,34  V 
dp    
1 0,372 1,47
 f    f  
0,8 3 P
w   1  0,47
3  c
  
p1 
 f
 
p    f

p P
1  1  p 
0,4 0,4
2,34  0,375   0,375 
     0,14719  
28,10,8 1,30,372 1  0,47 1,3
1,47 0,545 0,6233
=0,1201м = 120 мм. . 
Діаметр камери змішування: 
f3
   d3  dp1  120 1,3  137мм. 
fp1
Визначаємо відстань від сопла до камери змішання: 
   lc  6dp1  6 120  720мм. 
Довжина камери змішування звичайно приймається 
   lђ– 7dp1 7 120  840мм. 
Для визначення центрального кута розкриття струменя робочої води, 
що виходить із сопла використовується така емпірична формула: 
  2,1P dp0,125   p 1 , град  0,03P dp0,125p 1 , рад, 
де Pp = Pp - Pн, атм; 
dp1 = 120 Вм. 
 = 2,1 · 4,4 · 0,1200,125 = 70. 
 
 
Під цим кутом повинен розширюватися дифузор. Максимальний 
діаметр дифузора відповідає діаметру трубопроводу і дорівнює 900 мм. 
Знаючи мінімальний діаметр дифузора, рівний діаметру камери змішування 
(d3=137мм) можна визначити довжину дифузора. 
d max  d min  900 137 7 0
  l  ctg  ctg  6237мм. 
2 2 2 2
Інші розміри ежектора приймаються конструктивно. 
Розрахуємо внутрішній діаметр трубопроводу для подачі озоно-
повітряної суміші в ежектор. 
 
4Vв
   dт.о.  ,                     (7.40) 
оз
де  Vв - витрати озоно-повітряної суміші, рівні 1224 м3/год; 
 оз- лінійна швидкість (приймаємо рівної 2 м/с). 
4 1224
   dт.о.   0,465м  465мм.  
3,14 7200
Приймаємо dт. о. = 500 мм. 
Загальної теорії розрахунку водоповітряних ежекторів поки немає. 
Використаний же нами емпіричний намір більше підходить для 
протитисків (Рс) близьких до атмосферного. 
Для проектування ежектора рекомендується робити 
експериментальну перевірку розрахунків на моделі. Головні розміри апарата 
краще визначати експериментально. 
Замість одного ежектора при опрацюванні великих обсягів води на 
магістральному напірному трубопроводі паралельно можна встановити 
декілька струминних апаратів менших розмірів. 
 
7.4.2 Розрахунок барботажної контактної камери 
 
 
 
Витрата що озонується води - Q = 10000 м3/год = 2,78м3/с. 
Доза озону                           - Доз = 2,82 г/м3. 
Концентрація озону в газі - С0
оз = 20 г/м3. 
Навантаження на металокерамічний елемент (МКЭ) - 32м3/м2·год. 
Діаметр пір МКЭ - 100 мк. 
Приймаємо трьохсекційну камеру з двома робочими секціями й одною 
рекупераціонною секцією. 
Час перебування води по камерах: 
1 = 1 хвилина - час перебування води у рекупераціонному відділенні; 
2 = 5 хвилин- час перебування води у секції 1; 
3 = 7 хвилин- час перебування води у секції 2. 
Таким чином, об'єм рекупераційного відділення буде складати: 
10000
    60 166,7 167 м3. 
3600
Об'єм першої секції: 167· 5 = 835 м3 
Об'єм другої секції: 167· 6 = 1002 м3. 
Стандартна глибина води дорівнює 4,8 м (5 м висота камери). 
Ширина камер складає 6 м; 
167
Довжина рекупераційного відділення: lp   5,8  6м; 
4,8 6
Довжина першої секції l1 = 6 ·5 = 30 м; 
Довжина другої секції l2 = 6· 6 = 36 м. 
Конструктивно доцільно виконати дві контактуючі паралельно 
працюючі камери із довжиною секції (1,6-8-9,6 м). 
Визначаємо загальну площу металокерамічних барботажних 
елементів: 
10000  2,82
   F   44,06  м2. 
20 32
Площа одного розбризкувального елементу: 
   f dl  3,14 0,105 0,63  0,2078 м2. 
 
 
Кількість розбризкувальних елементів: 
44,06
   n   212,03.  
0,2078
Приймемо 218 штук, тоді для першої секції контактної камери, 
розташовуючи розпорошувачі на відстані 0,5 м один від іншого по 3 шт на 
одну сторону від центрального колектора, кількість елементів дорівнює: К1 
= 12 · 3 = 36. Усього елементів у першій секції:  
   U1 = 36 · 2 = 72 шт. 
відповідно: 
K2 = 24 · 3 = 72;       U2 = 72 · 2 = 146 шт. 
Колектор діаметром 0,3 м розташовується по осьовій камери. Кожна 
повітряна система, що відводить, складається з трьох розпорошувачів. 
Відстань від кінця розпорошувача до стінки камери: 
  lдо = 3000 - 150 - 630 · 3 - 150 · 3 = 510 мм (тобто  0,5м).  
Витрата повітря на кожну контактну камеру: 
5500
 q   2750м3/год або 0,764 м3/с або 45,8 м3/хв. 
2
При внутрішньому діаметрі центрального колектора 0,3 м площа 
перетину fкол. = 0,283 м2. Швидкість прямування газової суміші: 
1,39
   v   4,9  м/с, 
0,283
що не вище гранично припустимого (5 м/с). 
Сумарна активна площа пір металокерамічного елемента труби 
дорівнює: 
  S  0,35 d1  l  0,35 3,14 0,105 0,63  0,073 м2. 
Витрата озонованого повітря для першої  і другої секцій: 
1,39
  q1   0,132  (м3/м2·хв) = 7,93(м3/м2·хв); 
2 72 0,073
1,39
  q2   0,065  (м3/м2·хв) = 3,91(м3/м2·хв), 
2 146 0,073
 
 
що нижче припустимого 10 (м3/м2·хв). 
Гідравлічний опір, що переборює потік озоно-повітряної суміші: 
 
2
  Н=Нгидр   0,001Aq  0,3 ,                                             
2g
(7.41) 
 де Нгидр - гідростатичний тиск, м вод. ст. 
у - щільність повітря, г/м3; 
2,2
 - коефіцієнт;   1,  
 2


де  K 0
   - співвідношення суми площ отворів до перетину труби 

(приймається конструктивно U0 = 0,5); 
 0 – площа одного отвору на каркасній трубі, м2; 
  – площа розтину розподільчої каркасної труби, м2; 
А – коефіцієнт, що залежить від умовного діаметру пор на керамічній 
2 104
трубі d=100 мк і дорівнює: A  ; 
1001,9
0,3 – надмірний тиск. 
 2,2  4,92
  2 104
H  4,8  0,00124 1  0,001  0,3   
 2 1,9
 0,5  2 9,8
 100
            = 4,8 + 0,0148 + 0,003 + 0,3    5,1 м вод. ст. 
Для двох прошарків рідини (висоти прошарків в робочій і регенераційній 
секціях камери) необхідний тиск на вході складає 0,11 МПа. Таким чином, 
тиск повітря утворюване компресором достатньо для проходження повітря 
по системі: адсорбер - робоча секція контактної камери - регенераційна 
секція - каталітичний апарат. 
 
7.4.3 Стадія біопоглинача 
 
7.4.3.1 Механізм біоценозів обростання. 
 
 
Для екстремальної ситуації в період червень-липень-серпень місяці для 
зниження навантаження на стадію озонування рекомендується 
роздивитися можливість природного очищення води - біоценозом. Біоценоз 
обростання можна використовувати як попереднє спорудження для 
очищення води. На активних поверхнях спорудження можуть бути уловлені 
бактерії, мікроценози водорості, дисперсні частки, дрібні живі організми.  
Біопоглинач повинен складатися із системи поверхонь для 
обростання. Поверхні можуть бути у виді тонких пластівців, циліндрів, 
штахетів із металу, дерева, органічного скла, полімерних матеріалів, їжаків 
і щіток із поліетилена та ін. Для збільшення робочої площі активної плівки 
поверхню виконують рифленою, складчастою, сітчастою. 
Формування біоценозів обростань відбувається в літній період за 4-5 
доби в зимовий - не менше чим за місяць. В міру розростання біоплівки і 
збільшення багатошаровості обростання починається часткове відмирання 
вхідних у їхній склад організмів. У той період необхідно зробити заміну 
поверхні обростання новим комплектом поверхні; відпрацьовану поверхню - 
очистити, відремонтувати, промити. Тобто нормальний цикл роботи 
біопоглинача складається з таких етапів: 
- формування біоплвки ( 4-5 доби); 
 - робота біопоглинача (5-20 доби); 
 - заміна постарілої поверхні біопоглинача на нову (4-5 доби). 
Найбільший ефект розвитку обростання спостерігається в перших по 
ходу води секціях. Через це заміну біоплівок доцільно робити послідовно по 
ходу прямування води в біопоглиначі. 
Фіто- і зооплактон у період бурхливої вегітації виявляє ефективну 
поглинальну спроможність в акумуляції органічних і мінеральних речовин, 
солей важких металів, марганцю, свинцю, ртуті, кадмія, цинку та ін. 
 
 
 
7.4.3.2 Розрахунок біопоглинача. Витрати води складають Q = 10000 
м3/год = 2,78 м3/с; лінійна швидкість прямування води  = 0,5 м/с; необхідна 
Q 1,53
S    3,06м 2
площа потоку води: .  
 0,5
Час зіткнення фаз не менше 12 секунд. Обсяг простору, що фільтрує: 
   V = Q · t = 1,53 · 120 = 183,6 м3, 
тоді при висоті каналу 2 м маємо і висоту стовпа рідини 1,9 м одержимо 
необхідну площу контакту фаз: 
V 183,6
   F    96,6м 2
 
1,9 1,9
При площі контакту фаз одного елемента 10 м2 необхідно 10 пластин, 
що фільтрують. Розміщаючи пластини на відстані 0,5 м при товщині 
пластини 0,2 м необхідно довжина каналу до 10 м. 
При роботі таких споруджень досягнуте зниження дози озону на 12-
23%.