Рабочий газ – воздух или кислород?

На рынке представлены 3 типа озонаторов в зависимости от рабочего газа:

  • На осушенном воздухе (озоно-воздушная смесь);
  • На неосушенном воздухе (озоно-воздушная смесь);
  • На кислороде, полученном из воздуха путем осушки и очистки от азота (озоно-кислородная смесь).

Генераторы озона барьерного разряда из кислорода 90-95% по весу и осушенного до точки росы ниже -60°C, в качестве рабочего газа, оснащенные высокочастотными модулями питания, получили наибольшее распространение в промышленности. Указанная технология электросинтеза озона позволяет получать озоно-кислородную смесь с концентрацией озона в среднем от 3 до 10% по весу (40 – 140 г/м3).

Что это дает?

1. Кислород имеет минимальное содержание влаги и азота

Влага, содержащаяся в рабочем газе в сочетании с азотом, оказывает сильное коррозионное воздействие на металл озонаторного электрода, из-за образования окислов азота NO, NO2 и азотной кислоты. Наибольшей коррозионной активностью среди этих продуктов обладает азотная кислота. Из-за влаги производительность генератора падает также вследствие образования проводящих пленок на поверхности диэлектрика. Следовательно, чем меньше влаги и азота содержится в рабочем газе, тем выше производительность генератора и срок его службы.

Сравнение различных типов рабочего газа по фракционному составу и характеристикам влажности приведено в табл. ниже.

Тип рабочего газа

Содержание О2, %

Содержание N2, %

Содержание влаги при
t=+20°C и относительной 
влажности 60%, г/м3*

Температура
точки росы, °С

Кислород, полученный методом PSA

90 – 95

5 – 0

<0,01

<-60

Осушенный воздух

21

78

0,12 … 0,01

-40 … -60**

Неосушенный воздух

21

78

10,4

+11 ... +12


* – по DIN ISO 7183;
** – в зависимости от конструкции осушителя.

Как видно из данных в таблице, содержание влаги в кислороде и осушенном воздухе на 2-3 порядка ниже, чем в обычном атмосферном воздухе. Однако, наибольший срок службы – от 10 лет и выше – и наилучшую стабильность рабочих характеристик на протяжении всего срока службы обеспечивают генераторы озона на кислороде. Меньшее на порядок содержание азота в кислороде, подготовленном по технологии PSA (Pressure Swing Adsorption – короткоцикловая безнагревная адсорбция), также существенно снижает образование сильно коррозионных и токсичных окислов азота.

2. Озоно-кислородная смесь уменьшает размеры, стоимость и энергопотребление оборудования растворения озона, одновременно повышая его эффективность   

Конечной целью озонирования является обработка воды установленной дозой озона для решения поставленной задачи (обеззараживание, окисление примесей, поддержание концентрации растворенного озона), для чего озон в воде надо растворить.

Растворимость озона в воде описывается законами Генри и Дальтона, согласно которым:

  • растворимость озона прямо пропорциональна парциальному давлению озона в газовой фазе;
  • парциальное давление озона равно произведению объемной концентрации озона в смеси на абсолютное давление в системе.

3. Следовательно, чем выше концентрация озона в газовой фазе (% по весу или г/м3), тем выше растворимость озона

Озоно-кислородная смесь с концентрацией озона 75 г/м3 обеспечивает в 3,75 раза большую растворимость озона в воде по сравнению с озоно-воздушной смесью с концентрацией озона 20 г/м3 при прочих равных условиях, влияющих на растворимость – давлении, температуре и свойствах воды. На практике это означает:

  • Из озоно-кислородной смеси можно растворить озона в 3,75 раза больше, чем из озоно-воздушной смеси, увеличив дозу обработки также в 3,75 раза;
  • При одинаковой производительности генераторов – на кислороде и на осушенном воздухе – озоно-воздушной смеси надо «закачать» в воду, а по окончании обработки отделить из воды по объему больше в 3,75 раза, чем озоно-кислородной;
  • Больше подача газа в эжектор – больше в 3,75 раза должна быть и пропускная способность по воде у эжектора для обеспечения равной эффективности растворения, и больший объем камеры растворения. При необходимости повышения давления возрастут и требования по производительности к насосу;
  • При необходимости обрабатывать воду значительными дозами озона – например, при очистке сильно загрязненной воды – использование генераторов на осушенном воздухе сопряжено с чисто техническими трудностями растворения озона.

Приведенные выше аргументы не отвергают использования генераторов озона на осушенном воздухе, а лишь указывают на возможные ограничения в их применение в сравнении с озоно-кислородными генераторами.