Главная > Статьи > Страница13

Недостаточно просто понимание различных технологических процессов – не менее важно четкое представление о химии, реагентах, истории применения и развития процессов.

Озон (трикислород, О₃) – обычно бесцветный или бледно голубой газ из трех атомов кислорода, который распадается на молекулу и атом кислорода. Атом кислорода – это свободный радикал с очень высокой реакционной способностью и низкой стабильностью с периодом полураспада в воде, измеряемым от нескольких минут до нескольких часов. Скорость разложения определяется химией воды, рН и температурой. При разложении озона формируются активные формы кислорода  — короткоживущие свободные радикалы суперпероксида водорода (гидропероксида) (HO₂•) и гидроксила (OH•).

Озон – сильный окислитель, частично растворимый в воде и реагирующий с органическими и неорганическими веществами и другими газами. В одних случаях эти реакции полезны, в других наоборот – реакции способны наносить повреждение как оборудованию, так и здоровью человека. В одних случаях озон окисляет растворенное железо, марганец и мышьяк, делая возможным удаление этих окисленных примесей из воды, в других – озон взаимодействует с трубопроводами, запорной арматурой и другими компонентами системы из чугуна, стали, меди, латуни, полипропилена или резины, вызывая разрушение и деградацию.

В отличии от других реагентов в водоподготовке озон нельзя увидеть или потрогать руками. Однако, для этого газа характерен специфический запах, обнаруживаемый с очень низкой пороговой концентрацией в воздухе (0,01…0,04 ppm). Озон естественным образуется в природе в фоновых концентрациях при воздействии на воздух электрического разряда (например, во время грозы), в результате реакций в атмосфере оксидов азота и летучих органических веществ, в результате ультрафиолетового облучения и ионизации кислорода.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что взаимодействие атмосферного кислорода с электрическим разрядом или ультрафиолетовым излучением способно генерировать озон – расщеплять молекулу кислорода (О₂) с присоединением свободного атома к другой молекуле кислорода, образуя озон (О₃).

Открытие озона.

Ученые случайно открыли озон, экспериментируя с электричеством. В 1785 году голландский химик Мартин Ван Марум в ходе экспериментов с электричеством обнаружил слегка голубоватый газ с запахом. Он назвал этот газ «запахом электрической материи». Однако, название «озон» (от греческого «оzein» (пахнуть)) газу присвоил в 1840 году германо-швейцарский физик Христиан Фридрих Шонбейн. В 1865 году ирландский химик Томас Эндрюс доказал, что озон – форма кислорода.

Методом проб и ошибок эти и другие ученые и экспериментаторы заложили основу в создание генераторов озона на основе имитации природных явлений. В 1850-х, 1860-х годах озон уже использовался для дезинфекции операционных помещений и устранения проблем питьевой воды, связанных с запахом и вкусом. Изначально, на том уровне развития науки, запах озона в воздухе считался абсолютно полезным для здоровья человека, однако, со временем были обнаружены негативные последствия избыточного воздействия озона на организм человека– кашель, боль в груди, повреждение легких и даже смерть. На сегодняшний день  Управление Охраны Труда Министерства Труда США (OSHA, Occupational Safety and Health Administration) регламентирует допустимый уровень озона в воздухе рабочей зоны 0,1 ppm с максимальной экспозицией в 8 часов.

Первый генератор озона был сконструирован в 1857 году Эрнстом Вернером фон Сименсом (основатель компании «Siemens»), а Никола Тесла запатентовал генератор коронного разряда в 1896 году. В начале 1900-х было убедительно доказана эффективность озона как альгицида, бактерицида и гермицида.

Вернер фон Сименс                                     Никола Тесла

Сегодня озон генерируют пропусканием осушенного воздуха через камеру коронного разряда, через ультрафиолетовое излучение с длиной волны менее 240 нм или электролизом. В процессе электролиза озон получают непосредственно из воды. В США озон начали применять для обработки муниципальной воды в 1940-х. Наиболее популярным методом получения озона остается пропускание осушенного воздуха через коронный разряд. Озоновые генераторы коронного разряда позволяют получить более высокие концентрации озона в воздухе в сравнении с УФ-генераторами.

Преимущества и недостатки озона.

Уникальное преимущество озона – возможность использования в очень разнообразных процессах и на разных технологических платформах. В сочетании с другими методами озонирование воды превращается в передовую технологию водоподготовки (улучшенные процессы очистки воды) по мере того, как мы все чаще сталкиваемся с задачами повторного использования сточных вод и удаления из воды синтетической органики, включая «вечные» фтор-органические вещества PFOS/PFOA.

Наибольшие проблемы внедрения озонирования связаны с:

— неадекватным пониманием потребности воды в озоне в отношении содержания органических и неорганических примесей из-за недостаточного анализа химического состава и микробиологического качества воды;

— отсутствием оценки негативного воздействия зона на компоненты системы ( трубопроводы, арматура, уплотнения насосов);

— недостаточным вниманием к механизмам предотвращения воздействия озона на критически важные компоненты системы и конечных потребителей.

Преимущества.

1. Озон генерируется на месте и не остается в воде после использования.
2. Озон – сильный окислитель, окисляющий неорганические соединения серы, железа и марганца, многие синтетические органические вещества3. Озон сохраняет эффективность в широком диапазоне рН воды.
3. Озонирование разработано для значительного улучшения существующих систем аэрации в бытовых и коммерческих системах водоподготовки.
4. Озон способен подавлять развитие биопленок в технологическом оборудовании и распределительных системах водоснабжения с относительно небольшой длиной трубопроводов.
5. Озон эффективен против вирусов, бактерий, простейших, отдельных видов водорослей.

Недостатки.

1. Технологически озонирование требует больших капиталовложений в оборудование в сравнении с другим процессами окисления и дезинфекции.
2. Озонирование предусматривает наличие чистого и сухого воздуха или кислорода, что, иногда, труднодостижимо.
3. Озонирование не обладает остаточным дезинфицирующим действием, не предотвращает и не подавляет повторный рост бактерий в крупных распределительных сетях.
4. Озонирование требует очень квалифицированного и более частого обслуживания, качественного проектирования и инсталляции оборудования.
5. Озонирование требует точного понимания химического состава воды и потребности воды в озоне (содержание бромидов, общей жесткости воды, общего содержания органического углерода, уровня микробиологического загрязнения).
6. Озонирование требует глубокого понимания последующих ступеней очистки воды и инфраструктурных компонентов системы водоснабжения (трубопроводы, арматура, оборудование)
7. Высокие дозы озона в воздухе опасны (изолирование в специальных комнатах, мониторинг утечки озона, вентиляция, пассивные системы разрушения озона).
8. Озон увеличивает пожароопасность.
9. Озон способен образовывать побочные продукты окисления и дезинфекции (броматы, альгициды, кетоны, карбоновые кислоты, бромированные тригалометаны и пероксиды).

Заключение.

Озон – далеко не универсальное «волшебное средство» в водоподготовке, а инструмент, который при разумном и правильном подходе принесет пользу конечному потребителю, а не станет для него постоянной проблемой. Озон – «инструмент», который должен быть в наборе и использоваться в наборе.