Озонирование сточных вод

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 1:1000000.

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 НОCL); 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.
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 - ) до гипобромид-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