Фотолитическое озонирование

Многие знают, что дезинфекция воды в системах УЗВ осуществляется при помощи ультрафиолетовых установок либо озонирования. И среди специалистов ходят споры: что же лучше? 

• Ультрафиолет безопасен для рыбы и менее затратен, чем озоновые установки.
• Другая часть утверждает, что УФ малоэффективен в мутной воде – поэтому лучшее решение поставить систему озоновой дезинфекции.

 И те и другие правы. Однако самое эффективное средство – это совместное применение озона и ультрафиолета, которое имеет «резонансный» эффект.

В этой статье речь пойдет об эффекте совместного использования таких прогрессивных методов водоподготовки, как озонирование и ультрафиолетовая стерилизация.

Для начала давайте вспомним, в чем заключаются основные преимущества УФ и озонирования воды в рыбоводстве. 

Ультрафиолет для озонирования воды

УФ-дезинфекция основана на применении света с длиной волн 254 нм, которые разрушают ДНК в биологических организмах. В аквакультуре она направлена против патогенных бактерий и одноклеточных организмов. Данный метод обработки используется давно и не влияет на рыб, поскольку УФ-обработка воды происходит вне рыбоводной зоны.

Хотя УФ для УЗВ может быть эффективным дезинфицирующим средством, существуют проблемы с его использованием в воде.

Во-первых, сама вода поглощает излучение, а во-вторых, частицы и пигменты в воде поглощают излучение еще больше. Ультрафиолетовое излучение убивает микробы в воде, но оно должно сначала достичь их. Вода в рециркуляционных системах обычно имеет цветность и содержит большое количество мелких частиц.

Пример (УФ установки ЛИТ, серии MASTER).

При сохранении дозы облучения 40 мДж/см² и пропускной способности ультрафиолетовой установки 130 м³/ч, для воды, в зависимости от её прозрачности требуется следующая мощность УФ установок: 

  УФ-стерилизацию следует применять в той точке системы, где вода является самой чистой.

Еще один важный момент заключается в том, что ультрафиолетовые лампы довольно быстро теряют мощность и должны заменяться как минимум ежегодно.

Озон

Озон (О₃) применяют для улучшения качества воды в современных интенсивных системах. Озон является сильным окислителем - его окислительный потенциал (+1,9 В). Окислительные свойства озона связаны с атомарным кислородом, который выделяется при его разложении. Атомарный кислород является одним из наиболее сильных окислителей и уничтожает бактерии, споры, вирусы, разрушает растворенные в воде органические вещества. Этот газ делает воду чистой, не прибегая к высоким водным подменам, а также снижает проблему заболеваемости рыб. Он нашел широкое применение в аквакультуре, потому что имеет высокую скорость реагирования, образует мало токсичных побочных продуктов в пресной воде, в качестве конечного продукта образует кислород. Преимущества - высокая скорость реагирования, недостатки - озон опасен для человека и рыб. Газ чрезвычайно реактивный окислитель и очень эффективное бактерицидное и противовирусное средство. Озон непосредственно переводит нитрит (NO₂^-) в нитрат (NO₃^-), помогает обесцветить воду и удалить растворенные органические вещества.

В системе водоочистки озон не является средством мгновенной обработки, он требует, чтобы целевой патоген подвергался воздействию определенных концентраций озона в течение определенного периода времени. Например, для успешной дезинфекции озоном в пресной воде, направленной на IPNV (инфекционный вирус), требуется воздействие концентрации озона 0,15 мг / л в течение 15 минут. Кроме того, высокие концентрации озона, по окончанию дезинфекции необходимо нейтрализовать. Для этого система дополняется ещё одним элементом – деструктором озона (ещё одна реактивная ёмкость). Для систем УЗВ, которые имеют большой расход воды потребуются достаточно большие ёмкости для контакта воды с озоном, чтобы эффективно завершить дезинфекцию. Для большинства УЗВ это просто не практично.

Комбинация озон / УФ

 

Неоднократные исследования показали, что комбинация озона и ультрафиолета более эффективна для дезинфекции и уничтожения органических веществ, чем любой другой метод, используемый по отдельности.

Озон, являясь мощным окислителем, улучшает работу ультрафиолетового излучения в оборотной воде, помогая УФ-системе, расположенной после обработки озоном, работать более эффективно. Например, тестирование УФ установок в воде типичной системы УЗВ показало эффективность УФ облучения 75%. При соответствующей обработке озоном этот показатель может быть увеличен с 75% до 90%. На вышеуказанном примере УФ установок ЛИТ, мощность такой УФ установки, с применением озона, может быть снижена в 2 раза.

В таких системах УЗВ озон чаще всего применяется в дозах, достаточных улучшению качества воды. Величина такой дозы составляет примерно 13–24 г озона на каждые 1,0 кг корма, подаваемого в систему рециркуляции.

Контроль безопасности

Надо помнить о том, что остаточная концентрация озона, превышающая 0,001 мг / л, может быть вредной для рыб и беспозвоночных. Меры безопасности должны быть установлены и строго соблюдаться. Например, концентрация озона 0,03 мг / л эффективна для борьбы с сапролегнией, но если та же концентрация озона достигнет икры или рыбы, это может нанести им непоправимый вред. Требуется надежный контроль озона.

Размещение УФ-системы ниже по потоку от обработки озоном, обеспечивает дополнительную защиту, разрушая остаточный озон. Длина волны 254 нм, создаваемая УФ-лампами низкого давления, весьма эффективна для удаления озона из воды. Механизм удаления озона - это диссоциация, которая возникает, когда УФ-энергия 254 нм «разрывает» одну из кислородных связей в молекуле озона. В результате этой реакции каждая молекула озона превращается в один атом кислорода и одну молекулу кислорода. Свободные атомы кислорода будут соединяться друг с другом, образуя молекулы кислорода.

 Для контроля концентрации остаточного озона используются датчики окислительно-восстановительного потенциала (ОВП). Поддерживая ОВП в определенном диапазоне, осуществляется контроль уровня общего количества окислителей, что дает косвенный контроль над озоном. Безопасный уровень ОВП для выращивания пресноводных рыб обычно считается равным 300 мВ. 

Многие системы автоматизируют озонирование, связывая измерение ОВП и генератор озона, так что генератор отключается при достижении требуемого ОВП и отключается при повторном падении ОВП. Факторы, такие как pH, температура и вид культур, будут определять точный целевой уровень ОВП. Другие параметры качества воды, особенно нитрит, также должны контролироваться и использоваться для измерения эффекта озонирования.

Для обеспечения безопасности персонала необходимо также устанавливать датчики утечки озона в помещение.

 Современные технологии УЗВ для озонирования воды, которые используются в проектах Симеон АкваБиоТехнологии, подразумевают применение в системе дезинфекции фотолитическое озонирование - комбинацию ультрафиолетовых установок и озона. Интеграция работы генератора озона с УФ-системой снижает энергопотребление системы, повышает эффективность обеззараживания, создает защитный экран, защищающий гидробионтов от потенциально опасного озона.

И напоследок... фотографии с нашей опытно-экспериментальной установки

До озонирования

После озонирования