2.3 Озонирование

В качестве альтернативы хлору часто рассматривается озон.

Озон является аллотропической модификацией кислорода и представляет собой бледно-фиолетовый газ, очень токсичный, с характерным запахом, обнаруживаемый при разбавлении 1:10⁶ . Быстрое губительное воздействие оказывает озон на веге­тативные клетки бактерий и основную часть вирусов. Более устойчивы к дейст­вию озона спороносные бактерии. Однако если в воде присутствуют соединения же­леза, одноатомные фенолы, гуминовые кислоты, то их окисление предшествует инак­тивации бактерий и вирусов. Окислительные свойства озона связаны как с его пря­мым взаимодействием со многими органическими и неорганическими веществами, так и с распадом в воде на свободные радикалы. При этом образуется гидроксильный радикал – наиболее активный из известных окислителей. Озон более сильный окислитель, и поэтому наряду с микробоцидным действием способствует улучшению органолептических свойств воды: снижению цветности и устранению запахов. На преимущество озона как очистителя и дезинфектанта по сравнению с хлором ука­зывают следующие показатели: более высокий окислительный потенциал (2.08 В у озона против 1.76 у НОСl); в десятки раз более мощное бактерицидное воздействие; отсутствие в воде хлораминов; насыщение воды кислородом. Вода, обработанная озо­ном, приобретает красивую голубоватую окраску, а растворенные в воде минеральные вещества не изменяют своего состава.

Озон образуется из кислорода при пропускании через него «тихого» электриче­ского разряда. В промышленных условиях для получения озона используют генераторы озона – трубчатые или пластинчатые озонаторы.

Трубчатый озонатор состоит из пакета трубчатых элементов, размещенных па­раллельно друг другу в общем цилиндрическом корпусе. Конструктивно электроды выполняются в виде двух концентрично размещенных трубок разного диаметра (на­ружная – стальная, внутренняя – стеклянная). Электродами низкого напряжения явля­ются цилиндры из стали, омываемые охлаждающей водой. Электродами высокого на­пряжения служат покрытия из графита или алюминия, нанесенные на внутреннюю по­верхность стеклянных трубок. Слой такого материала является диэлектрическим барье­ром и исключает образование разрядов искровой или дуговой формы, создавая равно­мерную структуру «тихого» разряда. Так как «тихий» разряд сопровождается тепло­выделением, необходимо охлаждать электроды. Озонатор питается только перемен­ным током. Рабочее напряжение тока составляет 20000 В с частотой 50 Гц.

Для смешения озоно-воздушной смеси с обрабатываемой водой в зависимости от качества воды и производительности установки применяют барботажное пе­ремешивание, механические турбинные смесители, водоструйные насосы и эжек­торы.

Расход озона, обеспечивающий обеззараживание воды, зависит от ее качества, концентрации озоно-воздушной смеси, вида смесителя, температуры воды и других факторов. Растворимость озона в воде находится под заметным влиянием величины рН и количества веществ растворенных в воде; небольшое содержание кислот и нейтраль­ных солей усиливает растворимость озона, а наличие щелочей снижает ее.

Необходимая доза озона при обеззараживании питьевых вод составляет 0.6–­3,5 мг/л. Концентрация остаточного озона после камер смешения поддерживается на уровне 0.1–0.3 мг/л.

Применение озона для обеззараживания сточных вод оправдано в тех случаях, когда по тем или иным причинам невозможно осуществлять хлорирование. Например, при наличии в сточной воде соединений, образующих с хлором вещества, усиливаю­щие цветность, запах или токсичность воды. Дозы озона для обеззараживания сточных вод составляют 6–10 мг/л. Продолжительность контакта 8–20 мин.

Известным зарубежным производителем озонаторов является германская ком­пания WEDECO, предлагающая установки обеззараживания питьевой и сточной воды, производительностью по озону от 55 до 420 кг/ч, с концентрацией озона от 150 до 194 г/м3 (приложение 1).

Ведущий производитель озонаторов в Европе Фирма BWT предлагает озонато­ры – генераторы производительностью по озону от 10 до 1000 г/ч, при концентрации озона в озоно-воздушной смеси 20 г/м³ , а также инжекторные устройства для смешивания озона с водой. Данные установки применяют для окисления органических и неорганических веществ, ионов тяжелых металлов и сероводорода, а также инактивирования вирусов в питьевой, технической воде и в воде плавательных бассейнов. Реко­мендуется их применение также для окисления и обесцвечивания сточных вод, для стерилизации бутылок на предприятиях по виноделию, в пивоварнях и по производству минеральной воды.

Для производительной работы озонатора необходимы предварительные стадии тщательной очистки, высушивания используемого воздуха (кислорода) и обяза­тельное его охлаждение.

Озон ядовит: в помещении, где находятся люди, его концентрация в воздухе не должна превышать 0.00001 мг/л. Помещение озонаторной должно вентилироваться шестикратным обменом воздуха. Отмеченное усложнение схемы существенно удоро­жает процесс.

Фирма BWT производит каталитические преобразователи остаточного озо­на, где остаточный озон в отходящем влажном воздухе преобразуется химической и каталитической реакциями с активированным углем в углекислый газ и кислорода.

Озон нестойкий газ, поэтому в воде он достаточно быстро распадается с образо­ванием кислорода, что объясняет возможное вторичное загрязнение воды продук­тами коррозии и патогенными микроорганизмами при ее транспортировке до по­требителя. Наряду с отмеченным у озонирования имеются и другие недостатки.

Установлено, что в качестве продуктов озонирования в воде могут образовы­ваться органические кислоты, альдегиды и кетоны, которые зачастую оказывают­ся более токсичными, чем исходные вещества. В середине 80-х гг. было обнаружено, что при озонировании природных вод в воде появляются токсичные (канцерогенные) бромат-ионы и броморганические соединения. Объясняется это тем, что озон эффек­тивно окисляет содержащийся практически во всех поверхностных водах бромид-ион (Br^-) догипобромид-иона (BrO^-). Гипобромид взаимодействует с растворенными органическими веществами с образованием броморганических соединений, или окис­ляется озоном до бромат–иона (BrO₃^-). Бромат-ион оказывает токсичное действие, при концентрации в питьевой воде на уровне нескольких мкг/л (по рекомендации ВОЗ – 5 мкг/л). В то же время после озонирования воды при дозе озона более 1 мг/л содер­жание BrO₃^- может достигать десятков мкг/ л.