Файл: Кожинов В.Ф. Озонирование воды.pdf

один из трех атомов кислорода, менее прочно связанный, чем остальные два, участвует в реакции в виде ат01марного кисло­ рода. Однако некоторые реакции с неорганическими вещест­ вами сопровождаются ослаблением связи трех атомов кисло­ рода молекулы озона. Это имеет место при окислении сернис­ того ангидрида и в известной мере при окислении иодидов — солей йодисто-водородных соединений в кислотном растворе.

Следует отметить,. что механизм таких реакций недостаточ­ но ясен. Зарубежные данные по этому вопросу [13] носят сомнительный характер. Согласно современным представле­ ниям, при озонировании реагирует не атомарный кислород, а образующаяся перекись или гидроксил.

Реакции озона с органическими веществами. Озон пред­ ставляет собой простой окислитель в большом числе реакций с органическими веществами. Наиболее существенной является такая химическая реакция, при которой целая молекула озона

зывает реакцию весьма быстро и специфически. Получаемые соединения, так называемые озониды, могут быть расщеплены на основе двойной начальной связи с помощью гидролиза или разложения. Этот процесс, называемый озонолизом, при­ меняется при структурном химическом анализе.

Способностью расщепления этих соединений объясняется эффективность озонирования, если сравнивать его с хлориро­ ванием. Грегг и научные сотрудники Техасского университета [16] предложили несколько вариантов схем процесса образо­ вания и разрушения озонидов. Можно предположить, что в ионизированных растворах, к числу которых относится и вода, озониды обладают наименьшей устойчивостью. Замечено, что сильные концентрации озона, равно как и длительная продол­ жительность озонирования, ведут к распаду найменее устойчи­ вых озонидов.

Таким образом, озонирование ненасыщенных растворов органических веществ позволяет расщеплять их с целью полу­ чения некоторых видов промышленной продукции. За послед- -Тщ. 10—15 лет применение озона как окислителя доведено до 30Дьышлейных масштабов. Так, например, имеются установки 'ныокислению метана до формальдегида озонированным возду­ хом. В 1953 г. в ФРГ получен патент [19] на производство альдегидов каталитическим окислением предельных углеводо­ родов озонированным воздухом и т. д.

При наличии тройной связи углерод — углерод процесс озо­ нирования в общем аналогичен процессу при двойной связи. Если гидролиз выполнен тщательно, то одна из связей угле­ род— углерод останется нетронутой и расщепления не проис­ ходит, а образуются диальдегиды, цетоальдегиды или. дицетоны.

19

С точки зрения задачи очистки воды от содержащихся в ней органических соединений практический интерес представ­ ляет способность озона интенсивно действовать на бензольные кольца. Как известно, они представляют собой кольцевые группировки из .шести углеродных атомов НС—СН, получаю­ щиеся П{Й1 перегонке каменноугольной смолы, нефти и т . д.

Следовательно, с помощью озона возможна очистка вод, за- - грязненных стоками, содержащими производные бензола (фе­ нол, гидрохинон и т. п.).' Сброс таких стоков в естественные водоемы имеет место на коксохимических, шпалопропиточных, ~ нефтеперерабатывающих и других предприятиях.

Высокая способность озона вступать в реакции с органиче­ скими веществами может быть использована и для уменьше­ ния естественной цветности. Последняя обусловлена присутст­ вием стойких органических соединений, главным образом гуминовых веществ. В природных водах почвенные гуминовые вещества представлены фульво- и гумнновыми кислотами. Кроме того, в воде присутствуют их соли, находящиеся как в истинно растворимой, так и в коллоидной форме. При озони­ ровании гуминов происходит их окисление с образованием менее окрашенных органических веществ.

Необходимо отметить, что озон способствует прекращёнию активности энзимов, т. е. сложных органических веществ бел­ ковой природы, содержащихся в живых и растительных орга­

низмах. Это свойство озона имеет важное значение при обра­ ботке питьевой воды.

Гл а в а II

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОЗОНА ПРИ ОБРАБОТКЕ ВОДЫ ДЛЯ ПИТЬЕВЫХ ЦЕЛЕЙ

'1. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ОЗОНА ПРИ ОЧИСТКЕ ВОДЫ

Вразличных литературных источниках озонирование г зачастую рассматривается только как один из способов о .. зараживания, не имеющий недостатков, которые свойственны

другим методам очистки воды от бактериальных загрязнений. Так, например, на Международном конгрессе по водоснаб­ жению в Стокгольме (1964 г.) докладчик от Швейцарии сооб­ щил, что в этой стране озонирование не имеет другой цели кроме обеззараживания воды. В соответствии 'с такой точкой зрения целевое назначение озонирования ограничивается лишь абиотическим действием озона. Между тем озон благодаря своей исключительной окислительной способности проявляет

20

очень денные дополнительные воздействия на обрабатываемую воду. Озонирование не только обеспечивает быстрое и надеж­ ное обеззараживание, но вызывает и весьма значительное улучшение органолептических свойств воды, так как в резуль­ тате обработки озоном устраняются привкусы, запахи и цвет­ ность воды. Кроме того, зачастую возрастает содержание растворенного кислорода, что возвращает очищенной воде 'одно нз основных свойств, характеризующих чистые природ­ ные источники.

В некоторых случаях озонирование может быть использова­ но с главной целью устранения неприятных привкусов и за­ пахов воды загрязненных поверхностных источников, которые иногда приходится применять для хозяйственно-питьевого по­ требления. Воды незагрязненные, но имеющие значительную цветность, могут быть обесцвечены с помощью озона, действие которого в этом отношении является весьма эффективным.

Способность озона обесцвечивать воду имеет особое значе­ ние для стран севера Европы — Швеции, Норвегии и Финлян­ дии, где многие водопроводные системы получают воду с вы­ сокой цверностыо; последняя вызвана присутствием в воде гуминовых кислот растительного происхождения. Устранение цветности воды озоном ' является достаточно актуальным в

СССР, ГДР, США, Англии и ФРГ.

Озонирование позволяет также удалять из воды железо и марганец в тех случаях, когда деферризация и деманганация с помощью общеизвестных методов не дают достаточно удов­ летворительных результатов.

Наконец, озонирование является почти незаменимым спосо­ бом обеззараживания минеральных вод (типа нарзана, бор­ жома и др.), а также при производстве искусственных фрукто­ вых вод (например, лимонада и т. д.).

2. ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ ВОДЫ ОЗОНОМ

Бактерицидное действие озона. Вода, предназначенная для обеззараживания озоном, должна быть прозрачной от прироЙИ..ИЛН искусственно осветленной с помощью фильтрования с водтарите'льным коагулированием взвешенных веществ или ньг’коагулирования. Впрочем, это условие не является харак­ терной чертой озонирования, поскольку, по современным воз­ зрениям, предварительная очистка мутных вод с коагулирова­ нием обязательна при любых методах обеззараживания (на­ пример, при хлорировании, бактерицидном облучении и т. д.).

Доза озона, необходимая для обеззараживания воды, варьируется в зависимости от содержания в воде органических веществ, от температуры воды и от величины активной реак­ ции воды (pH).

Прозрачная и чистая ключевая вода и воды горных рек,

21

мало загрязненные посторонними примесями, требуют пример­ но 0,5 мг/л озона. Вода, поступающая из открытых водохра­ нилищ, может вызывать расход озона до 2 мг/л после пред­ варительного осветления воды с коагуляцией взвешенных ве­ ществ и фильтрования. Средняя доза озона составляет 1 мг/л.

М е с я'ц ы

Рис. 12. Фактические дозы озона на 'Станции Сен-Мор

Трехлетняя практика эксплуатации крупной озонирующей установки на водопроводной станции Сен-Мор (Париж) про­ изводительностью 300 тыс. м3/сутки подтверждает, что средняя доза 1 мг/л озона является вполне обоснованной. МинималГ"'

наблюдались короткие периоды, когда потребные дозы озона приходилось повышать до 1,6—2 мг/л.

Французский специалист Пьер Генварх [4] объясняет эти явления случайными сбросами производственных сточных вод в верхнем течении реки Марны, являющейся источником водо­ снабжения. Такие сбросы сточных вод имеют небольшую ин­ тенсивность и поступают от сахарных и крахмальных заводов и писчебумажных фабрик.

На рис. 12 показаны суточные дозы озона, которые факти­

22

чески расходовались на станции Сен-Мор. Из графика видно,

ний период эксплуатации станции Сен-Мор в озонированной воде ни разу не было обнаружено присутствие кишечных па­ лочек сверх установленных норм.

Интересные результаты получены на станции Сен-Мор и по отношению к микроорганизмам Clostridium perfringers. Сред­ нее содержание этих микроорганизмов в фильтрованной воде равно 50 единиц в 1 л, тогда как в озонированной воде было обнаружено всего лишь 22 единицы в 1 л, т. е. число их умень­ шилось более чем на 50%.

Большой интерес представляют данные об озонирующих установках в г. Ницце (Франция), так как они основываются на наиболее продолжительной по времени — 55-летней практи­ ке эксплуатации начиная с постройки первых установок (1907, 1909 и 1910 гг.). С некоторыми изменениями и дополнениями эти установки выполняют свои функции и в настоящее время. Вода из реки Везюби пропускается через медленные песчаные фильтры, после чего подвергается озонированию.

Фильтрованная вода имеет следующие качественные пока­

5—20°С; число Escherichia coli (на 100 мл) 0—10; общее число колоний бактерий через 24 ч выращивания при t==37°C 10—400.

Одна из давно действующих установок озонирует воду, каптируемую из подземных источников. Характеристика исход­ ной воды мало отличается от только что приведенной выше, за исключением температуры, которая в данном случае более постоянна (8—18°С).

Другая установка (строительство 1951 г.) обрабатывает озоном воду р. Везюби после прохода ее через отстойники с коагуляцией взвешенных веществ и последующим фильтрова­ нием на скорых фильтрах. Качественная характеристика этой воды идентична характеристике воды, получаемой на медлен­ ных фильтрах (см. выше)"

Продолжительность контакта озоно-воздушной смеси с об­ рабатываемой водой колеблется от 5 до 15 мин сообразно с типами установок и их производительностью.

Озонирование производится с непременным поддержанием на выходе с установки необходимой величины остаточного озо­ на, которая может быть обнаружена при реакции с йодистым калием по формуле

23