Введение

Озон - высокоэффективное и универсальное окисляющее вещество, которое используется в обработке воды в целях дезинфекции, удаления марганца и железа, улучшения вкуса, устранения цвета и запаха, а так же для удаления органических соединений, опасных для окружающей среды.

Озон (О3) является трехатомной модификацией кислорода (О2), который при нормальных условиях представляет из себя газ. Озон - очень сильный окислитель, поэтому его реакции обычно очень быстрые и полные. Основные преимущества применения озона для обработки питьевой воды содержатся в самой его природе: результатом его реакции является только кислород и продукты окисления. Вредные побочные продукты, такие как хлорорганические соединения, при этом не образуются.

Газ голубоватого цвета озон (О3) имеет характерный запах. Молекула озона нестабильна. Благодаря свойству самораспада озон является сильным окислителем и наиболее эффективным средством для очистки и обеззараживания воды и воздуха. Сильные окислительные свойства позволяют использовать озон в промышленных целях для получения многих органических веществ, для отбеливания бумаги, масел и т.д. Широко используется озон для удаления марганца и железа, улучшения вкуса, устранения цвета и запаха, а также для удаления органических соединений, опасных для окружающей среды. Он убивает микроорганизмы, поэтому озон применяют для очистки воды и воздуха. Установки по очистке воды и озонированию воздуха получили огромное распространение не только в промышленности, но и в быту.

1. Очистка воды озоном

В настоящее время известны несколько способов сделать воду чистой, однако очистка озоном признана самым эффективным методом. Воздействие озона основано в первую очередь на процессах окисления. Очистке озоном поддаются большинство несвойственных воде примесей. Наряду с обеззараживанием, озонирование приводит к улучшению вкуса, уничтожению запахов воды. При этом вредные побочные продукты, например как при хлорировании, не образуются.

Универсальное окисляющее вещество озон обладает сильным преимуществом с гигиенической точки зрения. Оно содержится в самой его природе: особенность озона в его быстром разложении в воде (10–15 мин.) с образованием кислорода и неспособность к реакциям замещения (посторонние примеси не вносятся). Это означает, что озон обладает полной экологической безопасностью.

Естественный реагент озон в искусственных условиях получают как в природе во время грозы – при помощи «тихого» электрического разряда в озонаторах. Так как озон является нестабильным веществом, особенность производства озоно-воздушной смеси в том, что его применяют в месте непосредственного получения.

Традиционно озон используется:

Для подготовки питьевой воды.

Для отбеливания целлюлозы.

Для очистки сточных вод.

До недавнего времени использование озона было экономически оправданно лишь в относительно крупных системах. Разработка и выпуск недорогих генераторов озона и соответствующего вспомогательного оборудования упростили использование озона и в небольших установках. Экологически чистые технологии с использованием компактных генераторов озона стали теперь общедоступными. Озон в приготовлении питьевой воды. Озон в небольших дозах гарантировано дезинфицирует воду и удаляет микрозагрязнения и нежелательные примеси в установках приготовления питьевой воды в гостиницах, на борту судов, в отдельных жилых кварталах и поселках. Озон идеально подходит для обработки питьевой воды. Одно из главных направлений использования озона, с которого в начале XX века и началось его использование для очистки питьевой воды - это дезинфекция. Российские нормы устанавливают время контакта озона с водой для целей дезинфекции равным 12 минутам (Методические рекомендации по обеспечению выполнения требования СанПиН 2.1.4.559-96. / Госстрой России, НИИКВОВ - ГУП "ВИМИ", 2000), без учета технологии применения озона. В других странах применяется более гибкий подход, основанный на использовании интегрального критерия СТ, представляющего собой произведение остаточной концентрации озона в воде (в мг/л) на время контакта в минутах. Исследования показали, что СТ=1,6 обеспечивает уничтожение патогенных бактерий и поливирусов, а для гарантированной деактивации цист Giardia необходимо достичь СТ=2. Грунтовые воды часто содержат чрезмерное количество железа и марганца, которые легко удаляются с помощью озона. Озон преобразует растворимые соединения железа и марганца в нерастворимые окислы, которые затем осаждаются и удаляются отстаиванием или фильтрацией. Сырая вода содержит также множество органических компонентов, возникающих в результате естественного распада, процессов разложения, загрязнения окружающей среды промышленностью и сельским хозяйством. Некоторые из этих компонентов являются причиной изменения цвета или возникновения неприятного запаха воды, ряд из них является мутагенами, и поэтому такие компоненты должны быть удалены из воды, или преобразованы в безопасные вещества. Озон превосходно подходит для этих целей. Обеззараживание - это удаление из воды бактерий, спор, микробов и вирусов (инактивация). Для удаления бактерий в воду вводят дезинфицирующее вещество (например, озон при озонировании воды или соединения хлора, при хлорировании воды). Чем больше дезинфицирующего вещества введено, тем эффективнее его воздействие на бактерии. Для озона обнаруживается резкое бактерицидное действие при достижении критической дозы озона равной 0,4 - 0,5 мг озона в газе на литр обрабатываемой воды. Причем, происходит полная инактивация воды. Механизм воздействия окислителя состоит в разрушении бактерий путем инактивации бактериальных протеинов, то есть диффузией через мембрану клетки в цитоплазму с поражением жизненных центров. Если озон эффективно воздействует на бактерии, то хлор производит только выборочное отравление жизненных центров бактерий, причем довольно медленное из-за необходимости длительного времени для диффузии в цитоплазме. Кроме большой способности уничтожения бактерий озон обладает высокой эффективностью в уничтожении спор, цист (плотные оболочки, образующиеся вокруг одноклеточных организмов, например, жгутиковых и корненожек, при их размножении, а также в неблагоприятных для них условиях) и многих других патогенных микробов.

Обесцвечивание - это удаление из воды органических и химических веществ, окрашивающих воду. В зависимости от цветности исходной воды требуется большее или меньшее количество озона для обесцвечивания воды. В России для поверхностных вод средних и северных районов для доведения цветности воды до нормы обычно требуется доза озона 2,5 мг/л. Для южных районов, где исходная цветность воды значительно больше, требуется уже доза озона, равная 8 мг/л.Физический механизм воздействия озона при обесцвечивании воды заключается, во-первых, в разложении веществ до простейших - воды и углекислого газа, во-вторых, в коагуляции (объединении) веществ с дальнейшим выпадением их в осадок. Эффективное обесцвечивание воды озонированием является одним из определяющих критериев в выборе озона в качестве воздействующего реагента при подготовке питьевой воды.