Озонування води все частіше знаходить застосування при знезараженні питної води, води плавальних басейнів, стічних вод і т.д., дозволяючи одночасно досягти знебарвлення, окислення заліза і марганцю, усунення присмаку і запаху води і знезараження за рахунок досить високої окислювальної здатності озону. Вперше процеси озонування для очищення питної води були реалізовані у Франції, де вже в 1916 р діяло 26 озонаторних установок. Всього в Європі - 49. Озон (О3) - газ блакитного або блідо-фіолетового кольору, який мимоволі дисоціює на повітрі і у водному розчині, перетворюючись в кисень. Швидкість розпаду озону різко збільшується в лужному середовищі і з ростом температури. Має велику окислювальну здатність, руйнує багато органічних речовин, присутні в природних і стічних водах; погано розчиняється у воді і швидко саморуйнується; будучи потужним окислювачем, може при тривалому впливі посилити корозію трубопроводів.

Доза озону залежить від призначення озонованою води. Якщо озон вводять тільки для знезараження в фільтровану воду (після її попереднього коагулирования і освітлення), то дозу озону беруть 1-3 мг / л, для підземної води - 0,75-1 мг / л, при введенні озону для знебарвлення та знезараження забрудненої води доза озону може доходити до 5 мг / л. Тривалість контакту знезаражують води з озоном - 8-12 хв. Збільшити розчинність озону можна за рахунок підвищення тиску. Перевага цього методу обробки води: в воду зазвичай не вносяться сторонні хімічні реагенти, а продукт відновлення озону - кисень.

Принцип отримання озону

Найбільш економічний промисловий метод отримання озону - пропускання повітря або кисню через генератор озону (озонатор), де відбувається електричний високовольтний розряд (5000-25000 В). Генератор озону складається з двох електродів: у вигляді двох паралельних пластин або у вигляді двох концентричних трубок, розташованих на невеликій відстані один від одного. Продуктивність апаратів і питома витрата електроенергії залежать від вмісту вологи подається в озонатор повітря, температури, вмісту кисню, конструкції озонатора. Тому повітря перед подачею в генератор озону пропускається через фільтр і осушують силікагелем або оксидом алюмінію (Аl2О3). У генераторі під дією тихого електричного розряду виходить озон, але не в чистому вигляді, а в суміші з повітрям. Концентрація озону в цій озоно-повітряної суміші коливається в межах значень від 2 до 12 г / м3. Значення концентрації залежить від конструкції озонатора. Так як електричний розряд супроводжується виділенням теплоти, в апаратах передбачається водяне охолодження електродів. Оскільки озон - дуже токсичний газ (ГДК в повітрі зони - 0,0001 г / м3), схеми процесів озонування води передбачають його повне використання і рекуперацію. Крім того, до складу озонаторного обладнання, як правило, входить спеціальний дегазатор (деструкція) озону.

Знезаражуюча дію озону

При підвищеному бактеріальному забрудненні вододжерела або при наявності в ньому патогенних мікроорганізмів, ентеровірусів і цист лямблій, стійких до дії традиційного хлорування, озон особливо ефективний. Механізм дії озону на бактерії повністю поки що не з'ясований, однак це не заважає його широкому використанню. Озон набагато сильніший окислювач, ніж хлор (при застосовуваних дозах того і іншого реагенту). За швидкодією озон ефективніше хлору: знезараження відбувається швидше в 15-20 разів. На спорові форми бактерій озон діє руйнівно в 300-600 разів сильніше за хлор. Це підтверджується порівнянням їх окислювальних потенціалів:

у хлору Cl2 - 1,35 В,
у озону О3 - 1,95 В.

Відсутність у воді хімічних речовин, швидко реагують з озоном, дозволяє провести ефективне руйнування при концентрації розчиненого озону 0,01-0,04 мг / л. Для руйнування бактерій поліомієліту (штам Le і Mv) необхідно піддавати воду впливу хлором протягом 1,5-3 годин для доз окислювача 0,5-1 мг / л. У той же час озон руйнує ці бактерії за 2 хв при концентрації його у воді 0,05-0,45 мг / л. Слід зазначити таку важливу властивість озону, як протівовірусоідное вплив. Ентеровіруси, зокрема виводяться з організму людини, надходять у стічні води і, отже, можуть потрапляти у води поверхневих вододжерел, використовуваних для питного водопостачання. Результатом численних досліджень встановлено: залишковий озон в кількості 0,4-1,0 мг / л, що зберігається протягом 4-6 хв, забезпечує знищення хвороботворних вірусів, і в більшості випадків такого впливу цілком достатньо, щоб зняти всі мікробіальних забруднення. У порівнянні із застосуванням хлору, підвищує токсичність очищеної води, визначеної за гідробіонтів, застосування озону сприяє зниженню токсичності.

З гігієнічної точки зору, озонування - один з кращих способів знезараження питної води. При високому ступені знезараження воно забезпечує її найкращі органолептичні показники і відсутність високотоксичних і канцерогенних продуктів в очищеній воді. Істотний недолік методу - відсутність тривалого пролонгованої дії, на відміну від хлорування.

Знебарвлення води озоном

Кольоровість води властива природних джерел, які мають домішка болотних вод. У них завжди містяться гумусові речовини, представлені фульвокислот і колоїдними частинками гумінових кислот, які і надають воді жовтуватий відтінок різної інтенсивності. Стійкість гумусових речовин по відношенню до окислювача різна. Розчинені речовини (гумати), що знаходяться в природних водах, порівняно легко піддаються окисленню озоном. Тим часом зменшення кольоровості на 1 градус, викликаної фульвокислот, вимагає в 1,5 рази більше озону, ніж для гумінових кислот. Ефективність обробки води озоном залежить і від природного складу гумінових сполук, стійкість яких по відношенню до озону неоднакова. При озонуванні відносне зменшення кольоровості зростає зі збільшенням значення рН. Зменшення кольоровості води на 1 мг / л введеного озону при рН, що дорівнює 3, становить 0,5 градуса, при рН = 7-1,1 градуса і при рН, що дорівнює 8, кольоровість збільшується до 1,8 градуса. Зниження температури води в межах від 40 до 5 ° С також збільшує ефект знебарвлення озоном. Зі збільшенням ступеня знебарвлення підвищується питома доза озону на 1 градус усуває кольоровості.

Видалення озоном з води заліза і марганцю

Якщо залізо або марганець містяться у воді у вигляді органічних сполук або колоїдних частинок, то знезалізнення води звичайними способами (аерація, вапнування або катіонірованіе) не вдається. У таких випадках доцільно застосування озону. Процес окислення забезпечує переклад сполук заліза і марганцю в нерозчинні форми, тому необхідно подальше фільтрування води для звільнення її від опадів, що випадають. При цьому потрібно одна масова частка озону на одну масову частину заліза або марганцю.

Усунення присмаків і запахів води

Неприємні присмак і запах деяких природних вод викликані присутністю сполук мінерального і органічного походження, що знаходяться в розчиненому або колоїдному стані. Окислення цих сполук призводить до їх розщеплення і супроводжується зникненням присмаку і запаху. Завдяки високій окисної здатності озон в змозі діяти на такі сполуки, які не піддаються дії інших хімічних реагентів. До таких сполук відносяться: сірчисті і ціанисті сполуки, феноли та інші речовини, здатні викликати поганий запах води. Обробка води надмірною кількістю озону не тягне жодних небажаних наслідків: надмірна озон, будучи нестійким, протягом декількох хвилин перетворюється в кисень. Хлор, на відміну від озону, дає з деякими речовинами складні сполуки, що викликають появу різких запахів. Типовий приклад - хлорування води, що має домішка фенолів. В цьому випадку хлорована вода набуває вельми неприємні присмак і запах, навіть якщо феноли присутні в незначній (1: 100 000) пропорції.

Особливості озонування води

Метод озонування технічно складний, вимагає великих витрат електроенергії і використання складної апаратури, якою потрібно висококваліфіковане обслуговування. Необхідно враховувати деякі особливості озонування. Перш за все, потрібно пам'ятати про швидке руйнування озону, тобто відсутності такого тривалої дії, як у хлору. Озонування може викликати (особливо у високоцветних вод і вод з великою кількістю «органіки») освіту додаткових опадів, тому потрібно передбачати після озонування фільтрування води через активоване вугілля. В результаті озонування утворюються побічні продукти включають: альдегіди, кетони, органічні кислоти, бромати (в присутності бромідів), пероксиди та інші сполуки. При впливі на гумінові кислоти, де є ароматичні сполуки фенольного типу, може з'явитися і фенол. Деякі речовини стійкі до озону. Цей недолік долається введенням в воду перекису водню за технологією фірми «Дегремона» (Франція) в трикамерному реакторі.