Главная > Статьи > Страница13

Недостатньо тільки мати розуміння про існування різних технологічних процесів – не менш важливо чітке уявлення про хімію, реагенти, історію застосування та розвитку процесів.

Озон (трикисень, О₃) –  безбарвний або блідо-блакитний газ з трьох атомів кисню, який розпадається на молекулу і атом кисню. Атом кисню – це вільний радикал з дуже високою реакційною здатністю та низькою стабільністю з періодом напіврозпаду у воді від кількох хвилин до кількох годин. Швидкість розкладання визначається хімією води, рН та температурою. При розкладанні озону формуються активні форми кисню — короткоживучі вільні радикали суперпероксиду водню (гідропероксиду) (HO₂•) та гідроксила (OH•).

Озон – сильний окислювач, частково розчинний у воді ,що реагує з органічними та неорганічними речовинами та іншими газами. В одних випадках ці реакції корисні, в інших – такі реакції здатні наносити пошкодження як устаткуванню, так і здоров’ю людини. В одних випадках озон окислює розчинене залізо, марганець і миш’як, роблячи можливим видалення цих окислених домішок з води, в інших озон взаємодіє з трубопроводами, запірною арматурою та іншими компонентами системи з чавуну, сталі, міді, латуні, поліпропілену або гуми, викликаючи руйнування та деградацію.

На відміну від інших реагентів у водопідготовці озон не можна побачити чи торкнутися руками. Однак, для цього газу характерний специфічний запах, який можна виявити з дуже низькою пороговою концентрацією в повітрі (0,01…0,04 ppm). Озон утворюється в природі у фонових концентраціях при дії на повітря електричного розряду (наприклад, під час грози), внаслідок реакцій в атмосфері оксидів азоту та летких органічних речовин, внаслідок ультрафіолетового опромінення та іонізації атмосферного кисню.

З вищесказаного можна дійти  висновку, що взаємодія атмосферного кисню з електричним розрядом чи ультрафіолетовим випромінюванням здатна генерувати озон – розщеплювати молекулу кисню (О₂) з приєднанням вільного атома до іншої молекули кисню, утворюючи озон (О₃).

Відкриття озону.

Вчені випадково відкрили озон, експериментуючи з електрикою. У 1785 році голландський хімік Мартін Ван Марум в ході експериментів з електрикою виявив слабко блакитний газ із запахом. Він назвав цей газ «запахом електричної матерії». Проте, назву «озон» (від грецького «оzein» (пахнути)) газу привласнив у 1840 році німецько-швейцарський фізик Християн Фрідріх Шонбейн. 1865 року ірландський хімік Томас Ендрюс довів, що озон – це форма кисню.

Методом проб і помилок ці та інші вчені та експериментатори заклали основу у створення генераторів озону на основі імітації природних явищ. У 1850-х, 1860-х роках озон вже використовувався для дезінфекції операційних приміщень та усунення проблем питної води, пов’язаних із запахом та смаком. Спочатку, на тому рівні розвитку науки, запах озону в повітрі вважався абсолютно корисним для здоров’я людини, проте згодом були виявлені негативні наслідки надлишкового впливу озону на організм людини — кашель, біль у грудях, пошкодження легень і навіть смерть. На сьогоднішній день Управління Охорони Праці Міністерства Праці США (OSHA, Occupational Safety and Health Administration) регламентує допустимий рівень озону в повітрі робочої зони 0,1 ppm з максимальною експозицією протягом 8 годин.

Перший генератор озону був сконструйований в 1857 Ернстом Вернером фон Сіменсом (засновник компанії «Siemens»), а Нікола Тесла запатентував генератор коронного розряду в 1896 році. На початку 1900-х було переконливо доведено ефективність озону як альгіциду, бактерициду та герміциду.

Вернер фон Сименс                                     Нікола Тесла

Сьогодні озон генерують пропусканням осушеного повітря через камеру коронного розряду , через ультрафіолетове випромінювання з довжиною хвилі менше 240 нм або електролізом. У процесі електролізу озон одержують безпосередньо з води. У США озон почали застосовувати для обробки муніципальної води у 1940-х. Найбільш популярним методом одержання озону залишається пропускання осушеного повітря через коронний розряд. Озонові генератори коронного розряду дозволяють отримати більш високі концентрації озону в повітрі порівняно з УФ-генераторами.

Переваги та недоліки озону.

Унікальна перевага озону – можливість використання у дуже різноманітних процесах та на різних технологічних платформах. У поєднанні з іншими методами озонування води перетворюється на передову технологію водопідготовки (покращені процеси очищення води) у міру того, як ми все частіше стикаємося із завданнями повторного використання стічних вод та видалення з води синтетичної органіки, включаючи «вічні» фтор-органічні речовини PFOS/ PFOA.

Найбільші проблеми впровадження озонування пов’язані з:

— неадекватним розумінням потреби води в озоні щодо вмісту органічних та неорганічних домішок через недостатній аналіз хімічного складу та мікробіологічної якості води;

— відсутністю оцінки негативного впливу озона на компоненти системи (трубопроводи, арматура, ущільнення насосів);

— недостатньою увагою до механізмів запобігання впливу озону на критично важливі компоненти системи та кінцевих споживачів.

Переваги.

1. Озон генерується на місці і не залишається у воді після використання.
2. Озон – сильний окислювач, що окислює неорганічні сполуки сірки, заліза та марганцю, багато синтетичних органічних речовин3. Озон зберігає ефективність у широкому діапазоні рН води.
3. Озонування розроблено для значного покращення існуючих систем аерації у побутових та комерційних системах водопідготовки.
4. Озон здатний пригнічувати розвиток біоплівок у технологічному обладнанні та розподільчих системах водопостачання з відносно невеликою довжиною трубопроводів.
5. Озон ефективний проти вірусів, бактерій, найпростіших, окремих видів водоростей.

Недоліки.

1. Технологічно озонування вимагає великих капіталовкладень в обладнання порівняно з іншими процесами окислення та дезінфекції.
2. Озонування передбачає наявність чистого і сухого повітря або чистого кисню, що іноді важкодосяжно.
3. Озонування не має залишкової дезінфікуючої дії, не запобігає і не пригнічує повторне зростання бактерій у великих розподільчих мережах.
4. Озонування вимагає дуже кваліфікованого та більш частого обслуговування, якісного проектування та інсталяції обладнання.
5. Озонування вимагає точного розуміння хімічного складу води та потреби води в озоні (зміст бромідів, загальної жорсткості води, загального вмісту органічного вуглецю, рівня мікробіологічного забруднення).
6. Озонування вимагає глибокого розуміння наступних ступенів очищення води та інфраструктурних компонентів системи водопостачання (трубопроводи, арматура, обладнання).
7. Високі дози озону у повітрі небезпечні (ізолювання у спеціальних кімнатах, моніторинг витоку озону, вентиляція, пасивні системи руйнування озону).
8. Озон збільшує пожежну небезпеку.
9. Озон здатний утворювати побічні продукти окислення та дезінфекції (бромати, альгіциди, кетони, карбонові кислоти, бромовані тригалометани та пероксиди).

Висновок.

Озон — далеко не універсальний «чарівний засіб» у водопідготовці, а інструмент, який при розумному та правильному підході принесе користь кінцевому споживачеві, а не стане для нього постійною проблемою. Озон – «інструмент», який має бути у наборі інструментів та використовуватись у комплексі з іншими інструментами і засобами водопідготовки.