Елена Хохрякова - Современные методы обеззараживания воды
Озон образуется во многих процессах, сопровождающихся выделением атомарного кислорода, например при разложении перекисей, окислении фосфора и т. п.
Наиболее экономичный промышленный метод получения озона – воздействие на воздух или кислород электрическим разрядом 5000–25 000 В. Генератор озона состоит из двух установленных на небольшом расстоянии друг от друга пластинчатых или трубчатых (расположение концентрическое) электродов.
Сжижается O3 легче, чем O2, и потому их несложно разделить. Озон для озонотерапии в медицине получают только из чистого кислорода. При облучении воздуха жёстким ультрафиолетовым излучением образуется озон. Те же процессы протекают в верхних слоях атмосферы, где под действием солнечного излучения образуется и поддерживается озоновый слой.
В лаборатории озон можно получить взаимодействием охлажденной концентрированной серной кислоты с пероксидом бария:
3H2SO4 + 3BaO2 = 3BaSO4 + O3 + 3H2O.
4.4.3. Обеззараживающее действие озона
При повышенном бактериальном загрязнении водоисточника или при наличии в нем патогенных микроорганизмов, энтеровирусов и цист лямблий, устойчивых к действию традиционного хлорирования, озон особенно эффективен. Механизм действия озона на бактерии полностью пока еще не выяснен, однако это не мешает его широкому использованию.
Озон гораздо более сильный окислитель, чем хлор (при применяемых дозах того и другого реагента).
По быстродействию озон эффективнее хлора: обеззараживание происходит быстрее в 15–20 раз. На споровые формы бактерий озон действует разрушающе, в 300–600 раз сильнее хлора. Это подтверждается сравнением их окислительных потенциалов: у хлора Cl2 – 1,35 В, у озона О3 – 1,95 В.
Отсутствие в воде химических веществ, быстро реагирующих с озоном, позволяет провести эффективное разрушение E.coli при концентрации растворенного озона 0,01–0,04 мг/л.
Для уничтожения бактерий полиомиелита (штамм Le и Mv) необходимо подвергать воду воздействию хлором в течение 1,5–3 ч при дозе окислителя 0,5–1 мг/л. В то же время озон разрушает эти бактерии за 2 мин при концентрации его в воде 0,05–0,45 мг/л.
Следует отметить такое важное свойство озона, как противовирусное воздействие. Энтеровирусы, в частности, выводящиеся из организма человека, поступают в сточные воды и, следовательно, часто могут попадать в воды поверхностных источников, используемых для питьевого водоснабжения.
Результатом многочисленных исследований установлено: остаточный озон в количестве 0,4–1,0 мг/л, сохраняемый в течение 4–6 мин, обеспечивает уничтожение болезнетворных вирусов, и в большинстве случае такого воздействия вполне достаточно, чтобы устранить все микробные загрязнения.
По сравнению с применением хлора, повышающем токсичность очищенной воды, определенной по гидробионтам, применение озона способствует снижению токсичности.
4.4.4. Аппаратурное оформление
Поскольку озон весьма токсичный газ (ПДК в воздухе зоны – 0,0001 г/м3), схемы процессов озонирования воды предусматривают его полное использование и деструкцию. В состав озонаторного оборудования обычно входит и специальный дегазатор (деструктор) озона. Все установки озонирования смонтированы из коррозионностойких материалов, оборудованы запорной и сигнальной арматурой, оснащены автоматическими системами запуска (таймеры, реле давления, электромагнитные клапаны и т. д.) и защиты.
Метод озонирования воды технически сложен и наиболее дорогостоящ среди других методов обеззараживания питьевой воды. Технологический процесс включает последовательные стадии очистки воздуха, его охлаждения и осушки, синтеза озона, смешения озоновоздушной смеси с обрабатываемой водой, отвода и деструкции остаточной озоновоздушной смеси, вывода ее в атмосферу. Все это ограничивает использование данного метода в повседневной жизни.
На российском рынке бытовые озонаторы представлены моделями: «АкваМама», «Экотроника», «Озон Люкс» (RUIQI, состоит из озонатора и угольно фильтра) и др.
Озонаторные установки представлены оборудованием: станции озонирования воды серии CD-OWSG, серии СОВ-М, серии ПВО-TOG и ПВО-ZF, «Озон-ПВ» и др. Установки отличаются конструктивным исполнением и производительностью.
4.4.5. Особенности озонирования
С гигиенической точки зрения, озонирование – один из лучших способов обеззараживания питьевой воды. При высокой степени обеззараживания оно обеспечивает ее наилучшие органолептические показатели и отсутствие высокотоксичных и канцерогенных продуктов в очищенной воде.
Озон уничтожает известные микроорганизмы в 300–3000 раз быстрее, чем любые другие дезинфекторы. Озонирование не изменяет кислотность воды и не удаляет из неё необходимые человеку вещества. Остаточный озон быстро превращается в кислород (O2) и обогащает им воду.
При озонировании не успевают возникнуть побочные вредные продукты реакции, по крайней мере, в заметных количествах.
Принципиальная технологическая схема озонирования воды: 1 – резервуар исходной воды; 2 – насос; 3 – массообменные аппараты; 4 – резервуар очищенной воды; 5 – генераторы озона; 6 – блок подготовки и сушки воздуха; 7 – деструктор озона (дегазатор).
Существуют некоторые недостатки применения озонирования, накладывающие соответствующие ограничения на его применение:
1. Метод озонирования технически сложен, требует больших расходов электроэнергии и использования сложной аппаратуры, для которой необходимо высококвалифицированное обслуживание.
2. Пролонгированное действие озона значительно меньше чем у хлора, благодаря его быстрому разрушению, поэтому повторное заражение воды при озонировании более вероятно, чем при хлорировании.
3. Озонирование может вызвать (особенно у высокоцветных вод и вод с большим количеством «органики») образование дополнительных осадков, поэтому нужно предусматривать после озонирования фильтрование воды через активный уголь. В результате озонирования образуются побочные продукты, включающие: альдегиды, кетоны, органические кислоты, броматы (в присутствии бромидов), пероксиды и другие соединения.
При воздействии на гуминовые кислоты, где есть ароматические соединения фенольного типа, может появиться и фенол.
Озон может вырабатываться только на месте потребления, поскольку его хранение и транспортировка невозможны. Для выработки озона нужен свободный газообразный кислород.
5. Олигодинамия
Олигодинамия – это воздействие ионов благородных металлов на микробиологические объекты. Говоря о олигодинамии, как правило, рассматривают три металла – золото, медь и серебро. Наиболее распространенным методом для практических целей является применение серебра, иногда используются бактерицидные растворы на основе меди. Золото не находит реального применения на практике, так как этот металл является очень дорогим.
5.1. Серебро
Серебро – химический элемент, относится к благородным металлам, обозачается символом Ag (от лат. Silver – светлый, белый, англ. Argentum, франц. Argent, нем. Silber). Имеет порядковый номер 47, атомный вес – 107,8, валентность – I. II, плотность – 10,5 г/см3, температура плавления – 960,5 °С, кипения – 2210 °С.
Несмотря на то, что серебряные руды разбросаны по всему миру (Австралия, Перу, Япония, Канада), основным поставщиком серебра является Мексика. Серебро – хороший проводник тепловой энергии.
5.1.1. История
Серебро известно человечеству с древнейших времён, в своё время его добывали в виде самородков, т. е. не приходилось выплавлять из руд, и многие народы считали его священным металлом, например в Ассирии и Вавилоне. В Европе по количеству серебра судили о состоянии королей. В средние века серебро и его соединения были очень популярны среди алхимиков. Позднее из серебра изготавливают посуду, чеканят монеты, делают ювелирные украшения, сейчас применяют при изготовлении электрических контактов и печатных схем, источников питания.
Бактерицидное действие серебра также известно с древнейших времен. В древних индусских трактатах встречается описание об обряде кратковременного погружения в емкость с водой раскаленного серебра.
Основоположником научного изучения механизма действия серебра на микробную клетку является швейцарский ученый Карл Негель, который в 80-е гг. XIX в. установил, что взаимодействие ионов серебра (а не самого металла) с клетками микроорганизмов вызывает их гибель. Это явление он назвал олигодинамией (от греч. «олигос» – малый, следовой и «динамос» – действие, т. е. действие следов). Немецкий ученый Винцент, сравнивая активность некоторых металлов, установил, что наиболее сильным бактерицидным действием обладает серебро, меньшим – медь и золото. Так, дифтерийная палочка погибала на серебряной пластинке через три дня, на медной – через шесть дней, на золотой – через восемь.
