Туголукова А.В., Чудаева Г.В. — Сравнение технологий обеззараживания воды

Озонирование, как средство для обеззараживания, впервые было опробовано в 1886 г. во Франции. С 1905 г. в России начала действовать экспериментальная установка для озонирования воды при Петропавловской больнице. В 1911 г. в Петербурге была введена в строй самая крупная в мире производственная установка озонирования, обрабатывавшая 44 500 м³ воды в сутки. В мире на сегодняшний день работает множество систем водоподготовки, использующие озонирование: во Франции, Канаде, Швейцарии, Италии, Германии, Саудовской Аравии и др. В 1974 году на столичном водопроводе была запущена первая в Украине озонаторная станция с производительностью 600 тыс, м³/сутки и количеством озона 100 кг/час.

Озонирование — достаточно модное нынче слово, связываемое с очень современным и действенным способом очистки воды. Данный метод является одним из наиболее экологически чистых и универсальных методов обработки воды. Озон наиболее сильный из известных природных окислителей, имеет высокую растворимость и активно вступает в реакцию с органическими и неорганическими веществами. Озонирование воды применяют для очистки от железа, марганца, нефтепродуктов, СПАВ, соединений азота, фенольных соединений. Такой метод применяется, как в домашних условиях, так и в промышленных целях, например, при очистке воды из подземных и поверхностных источников, оборотной воды бассейнов, очистке и стерилизации сточных вод, а так же используется для обеззараживания воды, предназначенной для бутилирования, удаляя из воды все неприятные привкусы и запахи, и используется для дезодорации воздуха, очистки вентиляционных выбросов.

Озонирование имеет ряд преимуществ перед хлорированием. Он воздействует как на окислительно‑восстановительную систему бактерий, так и на их протоплазму, тогда как хлор разрушает только ферменты микробной клетки. Этим можно объяснить более активное воздействие озона по сравнению с хлором на вирусы, которые не имеют ферментных систем. Обеззараживающий эффект при применении озона сказывается в 15 – 20 раз быстрее, чем при применении хлора, поэтому при использовании озонирования на финишной стадии обработки воды не требуется устройство резервуаров обеспечивающих длительное время контакта. Действие озона на споровые формы бактерий примерно в 300 – 600 раз сильнее, чем действие хлора, что является очень важным при подготовке воды для нужд фармакологических и пищевых производств. Так же озон способствует удалению мутности из воды, не образует хлорсодержащих тригаломстанов, озон не меняет рН воды и не удаляет из нее необходимые организму ионы Са, Mg, K, Nа, не способен, в отличие от хлора, к реакциям замещения, в воду не вносятся посторонние примеси и не возникают вредные для человека соединения. Особенностью озона является и его быстрое разложение в воде с образованием кислорода, т.е. озон обладает полной экологической безопасностью. Время «жизни» озона в воде — 10 – 15 мин. Еще одним преимуществом использования озонирования является то, что при относительно высокой стоимости первичных капитальных затрат эксплуатационные затраты связаны только с потреблением электроэнергии (в среднем 0,05 – 0,07 кВт на 1 г озона).

Но озонирование воды имеет и недостатки перед хлорированием: так после введения, озон сохраняется в воде всего 30 – 40 минут, а при увеличении температуры t > 10 ° С время нахождения озона в воде до полного распада сокращается до 5 – 10 минут; озон, как сильный окислитель, окисляет сложные органические вещества до более простых и в отсутствии системы изъятия продуктов озонолиза и постдезинфекции, могут создаваться благоприятные условия для развития микроорганизмов; при окислении озоном органических соединений образуются такие вредные вещества как альдегиды, кетоны, перекисные соединения и др., при использовании озона в качестве дезинфектанта в больших дозах, следует контролировать концентрацию этих веществ в воде. К тому же метод является более дорогостоящим но сравнению с хлорированием.

Установки озонирования воды содержат такие основные аппараты как генератор озона; систему введения озона в воду и его смешения; реактор — емкость, в которой за счет перемешивания и выдержки обеспечивается необходимое время реакции озона с водой; деструктор озона для удаления остаточного не прореагировавшего озона; приборы контроля озона в воде и воздухе. Существует несколько способов получения озона, среди которых наиболее распространенными являются: электролитический, фотохимический и электросинтез в плазме газового разряда. В большинстве случаев озон получают электросинтезом в специальных аппаратах — генераторах озона. Воздух предварительно очищают от пыли с помощью фильтров и осушают. Далее воздух пропускают через пространство между электродами, на которые подаётся высокое напряжение. Кислород, входящий в состав воздуха ионизируется и образуется озон. После озоногенератора газ поступает в реактор, где происходит взаимодействие газа и очищаемой жидкости. В составе любого оборудования присутствует деструктор, обеспечивающий удаление лишнего, непрореагировавшего озона. Соответствующая установка размещается в отдельном помещении, где присутствует эффективная вентиляция. Очищенная вода поступает в резервуар чистой воды по трубе. Таким образом, мы получаем идеально очищенную питьевую воду, обогащенную кислородом, в которой остались все необходимые человеку минеральные соли.

В нашей стране озонирование воды практически не применяется в связи проблемами внедрения установок. Такими проблемами являются: невысокое качество озонаторного оборудования; относительно высокая стоимость получения озона; озонирование не может быть единственным универсальным методом очистки воды, избавляющим ее от всех возможных загрязнений, и является только одной из ступеней водоподготовки; процесс требует определенного состава оборудования, которое надо размещать в отдельном помещении с вентиляцией и эксплуатировать, выполняя необходимые профилактические мероприятия.

Успешное внедрение озонирования во многом зависит от качества и технических характеристик озонаторного оборудования. Широко используется современное озонаторное оборудование различных производителей: ProMinent Dosiertechnick (Германия), PROZONE (США), OZONIA (Швейцария), AZCO (Канада), ТЕХОЗОН, Позитрон (Россия). Предпочтение отдается озонаторам фирмы ProMinent, так как их надёжность и безопасность работы успешно сочетается с высоким уровнем автоматизации и экономичностью.

Однако недостатки метода озонирования воды не могут служить причиной его ограничения при использовании в технике водоподготовки и очистки сточных вод. Длительный опыт использования озона и эксплуатации озонаторных установок убеждает в том, что этот метод является высокоэффективным. Дальнейшее совершенствование техники озонирования исключит свойственные методу недостатки, и он получит широкое применение.

На сегодняшний день в нашей стране озонирование вод осуществляется лишь на ряде объектов (например, на водопроводах Киева, Горловки, Часов Яре и др.).