Експериментальне дослідження процесу знезараження води озонуванням для компактних систем очищення

Abstract

У сучасних умовах погіршення якості водних ресурсів та обмеження доступу до централізованих систем водопідготовки актуальним є розроблення ефективних компактних технологій знезараження води. Одним із перспективних методів є озонування, яке забезпечує інтенсивне окиснення органічних речовин та інактивацію мікроорганізмів. Метою роботи є експериментальне дослідження процесу знезараження води під час озонування залежно від режимів подачі озону та тривалості обробки з визначенням раціональних параметрів для використання у компактних пристроях очищення. На підставі проведених експериментальних досліджень встановлено, що процес знезараження має експоненціальний характер, причому найбільш інтенсивне зниження мікробіологічного забруднення відбувається на початкових стадіях обробки. Визначено, що при інтенсивності озонування 0,8 мг/л ефективність процесу є недостатньою для досягнення нормативних показників якості води, тоді як збільшення інтенсивності до 1,6 мг/л забезпечує суттєве прискорення інактивації мікроорганізмів. Найбільш ефективні результати отримано при інтенсивності 2,4 мг/л, за якої досягається максимальне зниження кількості колонієутворюючих одиниць протягом 5 хвилин обробки. Встановлено, що ефективність процесу визначається не лише інтенсивністю подачі озону, але й тривалістю контакту, а також інтегральним показником CT, який характеризує сумарний вплив концентрації озону та часу. Показано, що досягнення рівня КУО <10⁴ КУО/см³ відповідає діапазону CT ≈ 1–3 мг·хв/л. Доведено, що оптимальні результати досягаються при поєднанні високої інтенсивності озонування та достатнього часу обробки, а застосування імпульсного режиму подачі озону дозволяє підвищити ефективність масопереносу та знизити енергоспоживання процесу. Отримані результати підтверджують доцільність використання озонування як ефективного етапу попереднього знезараження у компактних системах очищення води та можуть бути використані для обґрунтування параметрів їх роботи.In modern conditions of deteriorating water quality and limited access to centralized water treatment systems, the development of efficient compact water disinfection technologies is highly relevant. One of the promising methods is ozonation, which ensures intensive oxidation of organic substances and inactivation of microorganisms. The aim of this study is to experimentally investigate the water disinfection process during ozonation depending on ozone supply modes and treatment duration, with the determination of rational parameters for use in compact purification devices. Based on the conducted experimental studies, it was established that the disinfection process follows an exponential pattern, with the most intensive reduction in microbiological contamination occurring at the initial stages of treatment. It was determined that at an ozonation intensity of 0.8 mg/L, the process efficiency is insufficient to achieve regulatory water quality standards, whereas increasing the intensity to 1.6 mg/L significantly accelerates microorganism inactivation. The most effective results were obtained at an intensity of 2.4 mg/L, at which the maximum reduction in colony-forming units is achieved within 5 minutes of treatment. It was found that the efficiency of the process is determined not only by the ozone supply intensity but also by the contact time, as well as by the integral CT parameter, which characterizes the combined effect of ozone concentration and time. It was shown that achieving a level of CFU < 10⁴ CFU/cm³ corresponds to a CT range of approximately 1–3 mg·min/L. It has been proven that optimal results are achieved by combining high ozonation intensity with sufficient treatment time, and that the use of a pulsed ozone supply mode allows for increased mass transfer efficiency and reduced energy consumption. The obtained results confirm the feasibility of using ozonation as an effective stage of preliminary disinfection in compact water treatment systems and can be used to substantiate their operating parameters.