ОЗОН НА ВИРОБНИЦТВІ ПИТНОЇ ВОДИ. АКТУАЛЬНІ ПИТАННЯ

Сергій Терентьєв, інженерно-технічний центр «Техновацій», Санкт-Петербург

У попередніх публікаціях ми детально розглянули основні завдання, які вирішуються за допомогою озону при підготовці питної бутильованої води, а також вимоги вітчизняних і зарубіжних нормативних документів, що регламентують використання озону в даній галузі. Сьогодні ми приділимо увагу технічним рішенням, які забезпечують виконання галузевих вимог і високу якість продукту, і аспектам безпеки при використанні озону. *

* Початок див .: Індустрія напоїв. 2006. № 5 (47). С. 36-38; № 6 (48). С. 34-36.

Основні вимоги

Сьогодні існують дві нормативні бази, що визначають вимоги до технології озонування бутіліруемой води: вітчизняні СанПіН 2.1.4.1116-02 і зарубіжні стандарти, представлені нормами FDA (Управління з контролю за харчовими продуктами і лікарськими засобами), GMP (правила належної виробничої практики Good Manufacturing Practice) і рекомендаціями IBWA (Міжнародна асоціація бутильованої води). Принципова відмінність між цими двома нормативними базами полягає в регламенті озонової обробки і простежується за трьома основними параметрами процесу:

• точка обробки води озоном в технологічному ланцюжку водопідготовки;
• концентрація залишкового озону в воді після обробки і точка відбору проби;
• час контакту води з озоном в ході обробки.

Нагадаємо, що більш ніж 25-річний досвід успішного застосування озону при розливі питної води і більш чітке визначення зазначених параметрів в зарубіжних стандартах дозволяють говорити про незаперечні переваги зарубіжного підходу до побудови установки озонування. *

* Детальніше див .: Озон на виробництві питної води. Актуальні питання / Сергій Терентьєв // Індустрія напоїв. 2006. № 6 (48). С.34-36.

схемне рішення

Розглянемо один з найпоширеніших і надійних варіантів схеми установки озонування бутіліруемой води (рис. 1). Процес масопереносу озону з газової фази в водний розчин і контакт води з розчиненим озоном відбуваються в реакторі 3. Підмішування озону в воду здійснюється за допомогою ежектора 4. Ежектор є змішувач, що працює за принципом трубки Вентурі: внаслідок падіння тиску води при різкому збільшенні швидкості її витікання через спеціальну камеру всередині ежектора створюється вакуум. Це спонукає витрата робочого газу (в даному випадку осушенного повітря) через систему підготовки повітря і генерації озону, що складається з осушувача 2 і власне генератора озону 1. Генератор має спеціальний датчик-реле вакууму (витрати повітря), який дає сигнал на включення вироблення озону тільки при русі повітря через систему. За фторопластовой трубці, стійкою до впливу озону, він надходить на газовий вхід ежектора і втягується в потік води, перетворюючись в найдрібніші бульбашки. Далі суміш води з бульбашками озонованого повітря повертається в реактор 3. Необхідний напір на вході ежектора створюється насосом рециркуляції 5, який відбирає частину води з реактора і прокачує її через ежектор.

Рис.1. Схема установки озонування бутильованої води

Спеціальний пристрій (змішувальна насадка або кілька насадок, закріплених усередині реактора) забезпечує інтенсивне перемішування води, що надходить від системи водопідготовки, з озонованою водою. В результаті досягається високий ступінь переносу озону в розчин, однорідність концентрації озону в обсязі реактора і необхідний час контакту води з озоном. Ще одна важлива функція реактора - зберігання буферного запасу озонованою води, готової до розливу. Цей запас дозволяє узгодити процес підтримки в реакторі заданої концентрації озону з нерівномірним характером надходження води на обладнання розливу. Причиною нерівномірного надходження води найчастіше є переривання процесу наповнення бутлів через коротких проміжків часу, необхідних для подачі порожньої тари. До того ж в роботі обладнання розливу протягом виробничого циклу можуть відбуватися заплановані і позапланові аррестори.
Відповідно до сучасним підходом, заснованим на вимогах FDA і рекомендаціях IBWA, концентрація залишкового озону в очищеної і підготовленої до розливу воді безпосередньо в точці розливу повинна становити від 0,1 до 0,4 мг / л. Яким же чином досягається стабільність необхідної концентрації озону в разливаемой воді? Для цього служить система автоматизованого управління дозуванням озону за показаннями датчика, що вимірює безпосередньо концентрацію озону в воді або окислювально-відновний потенціал води. Система проводить вимірювання безперервно протягом усього циклу розливу за допомогою датчика озону або потенціалу води 12. Показання датчика відображаються на дисплеї блоку індикації 6, який також дозволяє запрограмувати верхній і нижній допустимі межі концентрації озону в воді (потенціалу води). Виміряна величина постійно порівнюється з встановленими граничними значеннями, і при виході її за межі діапазону значень блок індикації видає відповідний сигнал. Блок управління 7 здійснює включення і виключення вироблення озону в залежності від його концентрації в воді, автоматично підтримує рівень води в реакторі шляхом відкриття і закриття електромагнітного клапана 8 на трубі подачі вихідної води і запобігає роботу насосів «по сухому ходу», використовуючи сигнали від датчіков- реле верхнього і нижнього рівнів 9.
На розлив озонована вода подається спеціальним насосом 13. Поворотна лінія з регулюючої засувкою 11 використовується в разі великої протяжності трубопроводу від установки озонування до обладнання розливу. У такому випадку при зупинці лінії розливу навіть на кілька хвилин вміст озону в воді в обсязі трубопроводу може знизитися до неприпустимих значень. І якщо поворотна лінія не передбачена, то при наступному включенні обладнання відбудеться розлив деякої кількості води з недостатньою концентрації озону. Крім того, поворотна лінія дозволяє уникнути роботи насоса 13 «на стінку», а також збільшити ресурс роботи електродвигуна, позбавивши його від занадто частих включень і виключень.
Найважливішим вимогою до будь-якій системі озонування є забезпечення безпеки роботи персоналу. Тому в даній схемі передбачено влаштування 10 нейтралізації озону, що виділяється в реакторі над дзеркалом води. Це пристрій називайся каталітичним деструктором озону і являє собою фільтр, заповнений спеціальним каталитически активним сорбентом на основі оксидів марганцю і міді. Деструкція включається в систему дихання реактора і є єдиним канатом сполучення між реактором і атмосферою.
Наведена схема відрізняється високим рівнем автоматизації, дозволяє мінімізувати вплив людського фактора і забезпечити тривалі терміни зберігання бутильованої води.

Вимірювання концентрації озону в воді

Встановлення і підтримка необхідної концентрації озону в оброблюваної воді неможливо без достовірних результатів вимірювань. Зупинимося докладніше на способах контролю вмісту озону в воді.

Як зазначалося вище, концентрація озону у воді вимірюється двома способами:

• за допомогою амперометричного датчика озону (рис. 2);
• за допомогою датчика окислювально-відновного потенціалу.

Рис.2. Комплект для вимірювання концентрації озону в воді за допомогою амперометричного датчика

Перший з них є прямим способом вимірювання концентрації озону за величиною струму, що виникає між катодом і анодом датчика внаслідок реакції саморозпаду озону на катоді, яку описує рівняння

О3 + Н2О + 2

e «О2 + ОН-

Обидва електроди - катод і анод - занурюються в електроліт і відокремлюються від досліджуваної середовища (озонованою води) спеціальною мембраною, проникною тільки для озону (і ще для деяких газів, наприклад хлору чи сірководню). Іони і органічні речовини, здатні служити каталізаторами розпаду озону, через мембрану не проникають. Величина струму між катодом і анодом прямо пропорційна парціальному тиску озону, диффундирующего через мембрану. Амперометричний датчик озону ефективний при концентрації озону в воді від 0,1 до 10,0 мг / л.
Другий спосіб дозволяє судити про зміст озону в воді за величиною її окислювально-відновного потенціалу. Відома залежність між концентрацією озону і величиною потенціалу (рис. 3). На графіку видно, що найбільша зміна потенціалу води досягається при підвищенні концентрації озону від 0,1 до 0,5 мг / л приблизно від +600 до + 950 мВ відповідно. На наведену залежність істотно впливає іонний склад води. Тому необхідно індивідуальне в кожному випадку побудова графіка з використанням лабораторного аналітичного обладнання та реагентів для визначення вмісту залишкового озону в воді.

Рис.3. Залежність концентрації озону в воді від величини окисно-відновного потенціалу

Якщо порівняти два способи контролю вмісту залишкового озону в воді, то найбільш точним і універсальним, але і більш дорогим способом є вимірювання за допомогою амперометричного датчика. Датчик окислювально-відновного потенціалу дешевше, але має істотні недоліки: низьку помехоустойчивостью і чутливістю до мінеральному складу води. При проведенні вимірювань в разі маломинерализованной води або води, підготовленої із застосуванням технології зворотного осмосу, такий датчик не забезпечить достовірних свідчень для системи управління дозуванням озону.
Для будь-якого типу датчика озону необхідна періодична повірка за допомогою методик, які використовуються в акредитованих лабораторіях, наприклад по ГОСТ 18301-72 «Вода питна. Методи визначення вмісту залишкового озону ».

Забезпечення безпеки

При роботі лінії розливу озонована вода контактує з повітрям в момент наповнення бутлів. При використанні озонованою води для ополіскування тари вона розбризкується і стікає в піддон. В обох випадках відбувається десорбція озону з води і перехід його в газову фазу через різницю парціального тиску озону в воді і в повітрі.
Озон - токсичний газ з різким запахом. При вдиханні озонованого повітря з концентраціями, що перевищують гранично допустимі, можлива поява симптомів отруєння (головний біль, утруднене дихання, опік верхніх дихальних шляхів). ГОСТ 12.1.005-88 «Загальні санітарно-гігієнічні вимоги до повітря робочої зони» визначає ГДК озону в повітрі на рівні 0,1 мг / м3. Нюх людини здатне виявити запах озону ( «запах свіжості») вже на рівні 0,02 мг / м3, що в 5 разів менше ГДК. Однак при тривалому вдиханні озонованого повітря відбувається звикання і втрата відчуття запаху. Тому найбільш надійним способом своєчасного виявлення витоку озону є датчик-аналізатор концентрації озону в повітрі (рис. 4).

Рис.4. Газоаналізатор ОПТЕК (модель 302ПР)

Прилад здійснює безперервний моніторинг концентрації озону в встановлених точках приміщення і оповіщає персонал подачею звукового сигналу. Сучасні аналізатори озону містять також релейні виходи, що дозволяють знімати сигнал «Перевищення ГДК» для його подальшого використання в системах автоматики - аварійного відключення генераторів озону або включення додаткової аварійної вентиляції і звукових сигналів.
При використанні озону в системах водопідготовки необхідно вжити додаткових заходів безпеки:

• Приміщення, в якому встановлена ​​лінія розливу озонованою води, повинно бути обладнане при-точно-витяжною вентиляцією. Потужність системи вентиляції визначається перш за все продуктивністю генератора озону і обсягом приміщення.
• Повідомлення реактора установки озонування з атмосферою має здійснюватися через систему дихання, що містить деструктор, який описаний вище, причому вихід деструктора озону рекомендується під'єднати до витяжного повітропроводу вентиляції. Це необхідно для запобігання витоку озону через несправний або відпрацював свій ресурс деструктор.

Повсюдне поширення систем озонування води на промислових об'єктах внаслідок екологічної чистоти і високої ефективності технології свідчить про те, що безпечна експлуатація озонаторного обладнання не тільки можлива, а й стала звичною практикою.
У наступних номерах журналу ми розглянемо озон в системах попереднього очищення води, побічні продукти озонування та передумови їх утворення у воді, а також надійну і безпечну конструкцію сучасного генератора озону для промислового застосування.

бібліографічний список

СанПіН 2.1.4.1116-02. Питна вода. Гігієнічні вимоги до якості води, розфасованої в ємності. Контроль якості. Введ. 2002.

Benefits of Ozone Treatment for Bottled Water / LJ Bollyky. Bollyky Associates, INC. Stamford, 2002.
IBWA Plant Technical Reference Manual 2001. Int. Bottled Water Association.Schneider Wand
Rump HH Use of ozone in the technology of bottled water // Ozone science and engineering. 1983. Vol. 5.