2.2.2. Пеноотделительная колонка: второй этап отделения взвешенных частиц

Цикл статей представляет собой перевод научной работы — Jaime Orellana. Identification and quantification of suspended solids and their effects in modern marine recirculation systems. Leibniz — Institut für Meereswissenschaften. Kiel, 2006.

2.2.2. Пеноотделительная колонка: второй этап отделения взвешенных частиц

Для удаления фракции взвешенных частиц, слишком мелких для осаждения традиционными способами, использовали пеноотделительную колонку. На рисунке 6 изображена пеноотделительная колонка с накопителем пены (a) и пенная колонка со сборником пены (b) (компания Sander Elektroapparatebau GmbH,model Aero Skim 500). Реакционная камера пеноотделительной колонки имела объем 0.27 м3. Вода поступала через дно резервуара (Рисунок 7). Оттуда, аэрлифтная система нагнетала воду в реакционную камеру. Первая треть камеры выполнена из плексигласа (органическое стекло), высотой 45 см и диаметром 10 см, в которой установлены шесть тефлоновых диффузоров, соединенных с воздушным компрессором (Рисунок 7). Труба из плексигласа улучшает характеристики аэрлифта и предотвращает турбуленцию в нижней трети камеры. Воздушный компрессор нагнетает 120 л/час.

Рисунок 6. Пеноотделительная колонка Aero Skim 500 с накопителем пены (foam collector tank) (a), системой промывки и колонкой (foam flushing system) (b)
Рисунок 6. Пеноотделительная колонка Aero Skim 500 с накопителем пены (foam collector tank) (a), системой промывки и колонкой (foam flushing system) (b)

Внутренняя колонка накапливает пену, которая направляется наверх, слой за слоем, теряет воду (также называется транспортная зона) (Sander, 1998). Здесь пена становится более концентрированная и сухая. Последний слой включает очень сухую пену, которая разрушается во внешней колонке (Рисунок 8). Разрушенный раствор (пена) гораздо более концентрированный, чем изначально водная среда (Boonyasuwat, 2003). Пена во внешней колонке больше не контактирует с культуральной водой. Отдельный насос внутри замкнутой системы прогоняет воду из накопителя пены во внешнюю колонку через четыре разбрызгивателя (рисунок 6b и 9). Он вымывает концентрат пены в накопитель. Каждые 30 минут в течение 30 секунд проходит промывка внешней колонки.

Рисунок 7. Вид сбоку на пеноотделительную колонку
Рисунок 7. Вид сбоку на пеноотделительную колонку

Внутренняя колонка также имеет устройство промывки. Она состоит из U-образной ПВХ-трубы диаметром 12 мм, с отверстиями 1 мм каждые 20 мм, прикрепленной к ПВХ-шариковому подшипнику и внешнему водяному насосу. Вода нагнетается из входной трубы в скимер, через пластиковый рукав в устройство промывки (Рисунок 9). Так как вода подается под давлением и мелкие отверстия распределены особым образом, подшипник вращается и смещает U-образное устройство внутри пеноотделительной колонки на 360°. Таким образом, очищается транспортная зона, на внутренней стенке пеноотделительной колонки не скапливаются загрязнения, которые снижают образование пены. Интервалы помывки длятся 15 секунд каждые 30 минут.

Рисунок 8. Внешняя и внутренняя пенные колонки Aero Skim 500. Противостояние газовой и жидкой фаз, формирование пены, перенос сухой пены, внешняя пенная колонка и внутренняя пенная колонка детализированы
Рисунок 8. Внешняя и внутренняя пенные колонки Aero Skim 500. Противостояние газовой и жидкой фаз, формирование пены, перенос сухой пены, внешняя пенная колонка и внутренняя пенная колонка детализированы

Как ранее отмечали, внутри реакционной камеры достигается соприкосновение газовой и жидкой фаз. Из аэрлифтных распылителей выходят мелкие пузырьки воздуха, которые направляются вверх камеры, где располагается сборочная воронка (Рисунок 8). В воронке происходит контакт газовой и жидкой фаз, здесь формируется пена (Sander, 1998).

Рисунок 9. Пеноотделительная колонка. В деталях изображены промывочная система с разбрызгивателями для внешней колонки, U-образная труба с шариковым подшипником для промывки внутренней пенной колонки (Erwin Sander Elektroapparatebau GmbH). U-образная труба вращается на 360°
Рисунок 9. Пеноотделительная колонка. В деталях изображены промывочная система с разбрызгивателями для внешней колонки, U-образная труба с шариковым подшипником для промывки внутренней пенной колонки (Erwin Sander Elektroapparatebau GmbH). U-образная труба вращается на 360°

2.2.2.1. Улучшение формирования пены с помощью озона

В начале 20-го века озон впервые использовали для дезинфекции поступающей городской питьевой воды в Париже, Франция (Diaper, 1972). Применение озона в этой области имеет множество преимуществ над хлором, потому что он не повышает содержание органических солей и образование загрязнений вследствие реакций. Озон не ухудшает вкус и цвет обработанной воды. Этот газ гораздо более мощный дезинфектор, чем хлор, негативно не влияет на водных животных, не имеет остаточных нежелательных эффектов, потому что распадается до кислорода. Burleson и Pollard (1976) использовали озон и УФ-облучение для деактивации растительных клеток и спор в солевом фосфатном буфере. Hamelin и Chung (1976) показали, как озон вызывает мутации многих генов E.coli и реагирует со многими неорганическими и органическими веществами. Озонолиз — расщепление озоном, разбавленным кислородом и воздухом, при его воздействии на нерастворимые соединения в жидкой среде (Bailey, 1958). Воздействие может быть одноэтапным, на двойные C=C связи, либо двухэтапным, где первый этап электрофильный, с образованием альдегидов или кетонов. Полный озонолиз веществ с тройными связями приводит к образованию карбоновой кислоты (Bailey, 1958).

За последние десятилетия возросло потребление озона в аквакультуре (Rosenthal, 1981), для дезинфекции поступающей воды в хозяйстве и сточных вод, контроле патогенных организмов (Blogoslawski and Stewart, 1977; Bullock et al., 1997), окислении аммония и нитрита (Brazil, 1998), обесцвечивания воды (Otte et al., 1977) и устранения запаха, снижения органической нагрузки в рециркуляционных системах. В аквакультуре моллюсков озон также применяют для очистки устриц от колиформных бактерий и для инактивации токсинов, продуцирующих динофлагеллятами красных приливов (Blogoslawski and Stewart, 1977; Rosenthal and Wilson, 1987).

В текущей работе использовали два генератора озона с различной производительностью. В начале исследования устанавливали один генератор (500 мг/час; Co. Sander, Mod. S500, Рисунок 10b). Он работал в течение 130 дней. После этого, включали в работу регулируемый лабораторный генератор озона (1-4 г/час; Co. Sander, прототип) (Рисунок 10a). Оба генератора функционируют по принципу коронного разряда, где сухой воздух пропускают через электрическое поле. Электрический ток «расщепляет» молекулы кислорода. Атомы кислорода, в поисках стабильности, связываются со свободными молекулами кислорода, формируется озон. Лабораторные генераторы озона имели два осушителя поступающего воздуха и один резервуар накопитель для подачи сухого воздуха через электрическое поле. Озон проходил через тефлоновый шланг к пеноотделительной колонке.

На Рисунке 10c изображен утилизатор оставшегося озона, соединенного с верхней частью пеноотделительной колонки. Он удаляет озон, который потенциально может попасть в атмосферу из скиммера. Серые ПВХ-колонны наполняли 2 кг гранулированным активированным углем для адсорбции озона из воздуха. U-образная труба сверху препятствовала попаданию воды/влаги в угольный фильтр. U-образную акриловую трубу слева использовали для сбора излишек поступающей воды/влаги. Гранулированный активированный уголь обеспечивал большую внутреннюю поверхность и поэтому стабильно удалял озон в условиях высокой влажности. Уголь обновлял каждые полгода.

Рисунок 10. Генераторы озона в работе: (a) лабораторный 1-4 г/час озонатор (прототип); (b) генератор озона S 500 – 500 мг/час; (c) утилизатор оставшегося озона
Рисунок 10. Генераторы озона в работе: (a) лабораторный 1-4 г/час озонатор (прототип); (b) генератор озона S 500 – 500 мг/час; (c) утилизатор оставшегося озона

Количество вводимого в пеноотделительную колонку озона контролировали изменением уровня ORP. Понятие ORP означает окислительно-восстановительный потенциал в милливольтах (mV). Измерения ORP являются индикатором получения или отдачи электронов раствором при введении в него новых веществ. Раствор с более высоким ORP стремится забрать электроны у новых соединений (т.е. окислить их), а раствор с более низким ORP стремится отдать электроны новым соединениям (т.е. восстановить их). Восстановленными веществами являются органическая материя, белки, фекалии, корм. ORP измеряли внутри реакционной камеры платиновыми электродами (Co.Sander, mod. PFGK-GEL). ORP электрод располагался рядом с pH-электродом (Co. Sander, mod. HGK-GEL) в проходящем замкнутом водном цикле (рисунок 3, номер 7). ORP электрод соединяли с ORP-панелью и через основную систему контроля с генератором озона. Пороговое значение на панели устанавливали на уровне 350 (±10) мВ. Как только ORP достигал 350 мВ, система контроля выключала генератор озона автоматически.

Раздел: Аквакультура, Исследовательские проекты
Метки: , ,
Похожие статьи:

2.8-2.10. Анализ твердых загрязнений

2.7. Определение растворенных питательных веществ

2.5-2.6. Кормление рыбы, оценка роста, смертности и кормового коэффициента перевода

2.2.3-2.4. Биофильтр, культуральные бассейны, контроль за средой.

2.1-2.2.1. Идентификация и подсчет взвешенных частиц в морской УЗВ. Хронология эксперимента

Реакция постоянных читателей:

Заметил ошибку, тык*:

 Orphus

Комментарии Вконтакте:

Добавить комментарий

Войти с помощью: 

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *