Исследование способа обеззараживания сточных вод с помощью озона

Список литературы

1. Анфилатов В. С. Системный анализ в управлении / В. С. Анфилатов. — М.: Финансы и статистика, 2009. — 368 с.

2. Кубарев М. С. Научно-методические основы разработки стратегии предприятия в условиях экологизации производства: автореф. дис. ... канд. наук / М. С. Кубарев. — Екатеринбург, 2007. — 16 с.

3. Сорокин Н. Д. Плата за негативное воздействие на окружающую среду: пособие для при-родопользователей / Н. Д. Сорокин. — СПб., 2008. (Б-ка Интеграла).

4. Балтийский регион как полюс экономической интеграции Северо-Запада Российской Федерации и Европейского Союза / В. П. Гутник, А. П. Клемешев, Г. М. Федоров [и др.]; под ред. В. П. Гутника, А. П. Клемешева. — Калининград, 2006.

5. Руководящие указания по аудиту систем менеджмента качества и/или систем экологического менеджмента // Российский морской регистр судоходства. — М., 2007.

6. Митрофанова Л. А. Прогнозирование ситуации и оптимизации принятия решений для повышения безопасности и улучшения экологической обстановки при чрезвычайных ситуациях на водном транспорте / Л. А. Митрофанова, Е. И. Сухорукова, Ю. Д. Моторыгин // Сервис безопасности в России: материалы Междунар. науч.-практ. конф. — СПб.: СПб ун-т ГПС МЧС России, 2009.

7. Климкина Н. Л. Программный комплекс статистического анализа вероятностных процессов на основе цепей Маркова / Н. Л. Климкина, Е. М. Гриценко // СГТУ. Сер.: Наука и образова-

INVESTIGATION OF METHOD OF SEWAGE DESINFECTION WITH OZONE

В статье представлены сравнительные характеристики различных способов обеззараживания сточных вод. Рассмотрен способ обеззараживания сточных вод озоном: физические и химические свойства озона, процесс образования озона, реакции, протекающие в процессе обеззараживания, описывается бактерицидное действие.

The article gives comparative characteristics of different methods for sewage disinfection. Method of sewage water disinfection with ozone is considered: physical and chemical properties of ozone, process of ozone formation, reactions in the process of disinfection, bactericidal effect is described.

ние. — 2007. — J№ 1.

УДК 502.1/2:656.6

Е. М. Морозова,

ст. преподаватель, СПГУВК

ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБА ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ СТОЧНЫХ ВОД

С ПОМОЩЬЮ ОЗОНА

<ч

ж

Ключевые слова: сточные воды, способы обеззараживания, озон, озонирование, бактерицидное

действие.

Key words: sewage, methods of disinfection, ozone, ozonizing, bactericidal effect.

СЕ природные воды, а также большинство питьевых и особенно сточных являются средой обитания мик-

Вода, используемая для хозяйственнопитьевых целей, не должна содержать болезнетворных микроорганизмов или способного к росту планктона. При эксплуатации аппа-

роорганизмов.

ратуры, охлаждаемой водой, забираемой непосредственно из водоисточников, возникают затруднения из-за развития на омываемых поверхностях микрофлоры и водорослей. При этом ухудшается теплоотдача, уменьшается мощность турбин. Наличие в природной воде железа и марганца создает условия для зарастания железо- или манганобактерий, что может привести к зарастанию трубопроводов. Поступление необеззараженных сточных вод в водоемы может стать причиной возникновения массовых эпидемических заболеваний: брюшной тиф, холера, гепатит А. Поэтому сточные воды, опасные в эпидемическом от-

ношении, допустимо сбрасывать в водоем только после их очистки и обеззараживания.

Обеззараживанием очищенных сточных вод называется процесс уничтожения имеющихся в воде болезнетворных бактерий и устранения опасности заражения воды в водоемах. Выбор метода обеззараживания осуществляют на основании расхода и качества очищенных сточных вод, условий поставки и хранения реагентов. Также выбор метода обеззараживания сточных вод определяется не только технико-экономическими показателями, но и экологическими требованиями

(табл. 1).

Таблица 1

Сравнительные характеристики различных методов обеззараживания сточных вод

Метод обеззараживания Время, мин Последей- ствие, сут Органолептические свойства воды Конструктивная сложность

Хлорирование 30-60 1-5 Ухудшает Высокая при применении жидкого хлора

Озонирование 5-30 — Улучшает Средняя

УФ-облучение 1-15 — Не влияет Малая

у-облучение 1-15 — Не влияет Высокая

Облучение ускоренными электронами 1-15 — Не влияет Высокая

Обеззараживание воды озоном имеет значительные преимущества перед хлорированием. При введении озона в воду происходит окисление ферментов бактериальных клеток, а также органических веществ, обусловливающих цветность, привкус и запах. В процессе обработки воды происходят реакции окисления органических примесей воды и частичное ее обеззараживание.

Озонирование позволяет достичь наряду с обесцвечиванием, устранением привкусов и запахов воды ее обеззараживания, за счет высокой окислительной способности озона. При этом в воду не вносятся посторонние примеси и не образуются вредные для человека соединения. Бактерицидное действие озона

основано на разрыве свободным кислородом органических соединений при взаимодействии с ними. В реакциях разрушения органических соединений участвуют и свободные радикалы, образующиеся при разложении озона в воде.

Озон (О3) — аллотропная модификация кислорода. При нормальных условиях озон представляет собой голубой газ с интенсивной окраской и характерным запахом, который ощущается при концентрации озона 10-7-10-8 %. Чистый озон — вещество взрывчатое, однако при его концентрации в воздухе и кислородных смесях менее 10 % взрывоопасность минимальна. Озон — один из сильнейших окислителей. Он окисляет все металлы, кроме

Выпуск 3

Выпуск 3

золота и платиновых металлов, а также большинство неметаллов. Он переводит низшие оксиды в высшие, а сульфиды металлов — в сульфаты.

Озоно-воздушную смесь получают действием электрического разряда на кислород воздуха в озонаторах. При этом в озонаторе под действием внешней энергии протекает распад молекул кислорода и синтеза молекул озона:

О2 + энергия — О + О,

02 + О — О3 + энергия.

В сухом воздухе озон медленно разлагается с образованием кислорода:

03 — О2 + О - 115,6 кДж

О + О3 — 2О2 + 457,6 кДж .

2О3 — 3О2 + 342 кДж

Этот процесс ускоряется при увеличении влажности воздуха и в присутствии катализаторов (платины, серебра, кобальта, марганца). Поэтому во влажном воздухе озон проявляет сильное коррозионное действие. Более устойчивы к действию озона нержавеющая сталь и алюминий.

В воде озон разлагается по радикальному механизму, который сопровождается образованием перекисных соединений и свободных радикалов ОН*, НО2*, обладающих высокой химической активностью, это можно представить следующим образом:

О3 + Н2О ^ 2ОН* + О2

О3 + ОН- ^ НО2* + О2,

О3 + НО2* ^ ОН* + 202

ОН* + ОН* ^ Н2О2

О3 + Н2О2 ^ ОН* + НО2 + О2,

ОН* + НО2 ^ Н2О + О2 (обрыв цепи).

Развитие промышленности и сельского хозяйства значительно повысили угрозу загрязнения сточных вод токсичными продуктами. Особую опасность представляют находящиеся в воде пестициды, принадлежащие к разным классам органических соединений. Токсичность пестицидов возрастает в процессе обработки сточных вод, в частности при обеззараживании хлорированием. Более токсичные кислородные производные образуются при взаимодействии с хлором карбофоса и фосфамида. Высокотоксичный метилпараок-сон образуется при взаимодействии хлора с метафосом. Паратион незначительными доза-

ми хлора окисляется в параоксон, который в 100 раз токсичнее паратиона.

При озонировании пестицидов одновременно с дезодорацией растворов происходит глубокое разрушение исходных соединений. Так, фосфамид и карбофос разлагаются практически полностью с образованием нетоксичных продуктов, причем дезодорация достигается уже в самом начале процесса озонирования. Аналогично происходит и разрушение метафоса.

Озонирование воды, содержащей фенол, о-креозол, о-хлорфенол, п-хлорфенол, позволяет достичь практически полного их разрушения, тогда как хлорирование фенолсодержащих сточных вод сопровождается появлением стойкого запаха за счет образования хлорфенольных соединений.

При озонировании воды, содержащей СПАВ и нефтепродукты, полностью уничтожаются запахи, при концентрациях СПАВ до 5-10 мг/л. При более высоких концентрациях возникает неприятный устойчивый запах, что объясняется накоплением в растворе промежуточных продуктов реакции.

В большинстве реакций озона с неорганическими веществами в окислении принимает участие только один атом кислорода, два других атома выделяются в виде молекулы О2. Взаимодействие с озоном обычно приводит к образованию высших оксидов. Так, марганец окисляется до МпО-, низшие оксиды азота переходят в К2О5, аммиак окисляется до нитрата аммония КН4КО3, галогены — до С1О2 и Вг2О5.

Окисление озоном сероводорода протекает в две стадии:

И28 + О3 ^ Н2О + 8О2 3Н28 + 4О2 ^ 3Н^О4.

При избытке окислителя преобладает вторая реакция.

Очень легко взаимодействуют с озоном цианиды с образованием мочевины:

СК + О3 ^ ОСК + О2

ОСК + 2Н+ + Н2О ^ СО2 + КН4+

КН4+ + ОСК ^ СО(КН2)2.

Бактерицидное действие озона объясняется его способностью нарушать обмен веществ в живой клетке за счет смещения равновесия восстановления сульфидных групп в неактивные дисульфидные формы.

Озон очень эффективно обеззараживает споры, патогенные микроорганизмы и вирусы. Озон окисляет компоненты стенки клетки еще до проникновения внутрь микроорганизма и окисления цитоплазматических структур (ферментов, ДНК, РНК). Когда большая часть мембраны разрушена, клетка погибает. Если мембраны разрушены частично, клетки могут соединиться друг с другом, чем объясняются наблюдаемые иногда повреждения, не приводящие к гибели клетки.

Эффективность (%) обработки озоном

Более широкое использование озона может быть связано с его потенциально меньшей опасностью для водоема-приемника: остаточный растворенный в воде озон полностью разлагается за 7-10 мин, а значит, в водоем не поступает. Поэтому использование озона для обработки сточных вод имеет двойную цель: обеспечить обеззараживание и улучшить качество очищенной воды.

Данные об эффективности обработки сточных вод озоном представлены в табл. 2.

Таблица 2

биологически очищенных сточных вод

Бактериологический показатель Эффект снижения

Микробное число 99,99

Энтерококки 99,78

Фекальные стрептококки 99,70

Бактериофаги 99,91

Сальмонеллы 100

Взвешенные вещества 30-50

бпк5 5-25

ХПК 15-20

Окисляемость перманганатная 20-30

СПАВ и нефтепродукты 99,00

Нитриты 99,00

Железо и марганец 30-50

Можно выделить основные показания к применению озона для обработки сточных вод:

— недопустимо высокое содержание хлора и необходимость дехлорирования;

— невозможность применения по каким-либо причинам хлора;

— необходимость одновременного с обеззараживанием улучшения качества воды;

— предотвращение образования в результате хлорирования канцерогенных соединений.

Реакции озона со сточными водами еще мало изучены, поэтому необходимым этапом в разработке технологии озонирования сточных вод является проведение предварительных технологических исследований.

Список литературы

1. Отведение и очистка сточных вод Санкт-Петербурга / под общ. ред. Ф. В. Кармазинова. — СПб.: Изд-во «Новый журнал», 2002. — 684 с.

2. Ивчатов А. Л. Химия воды и микробиология / А. Л. Ивчатов, В. И. Малов. — М.: ИНФРА-М, 2011. — 218 с.

3. ВороновЮ. В. Водоотведение / Ю. В. Воронов [и др.]. — М.: ИНФРА-М, 2008.

4. Вехотко Т. И. Химия и микробиология природных и сточных вод / Т. И. Вехотко, Л. И. Иль-менкова. — Л.: ЛИИЖТ, 1982. — Ч. 5: Стабилизация воды. Методы обеззараживания воды.

5. Кульский Л. А. Химия и микробиология воды. Практикум / Л. А. Кульский, Т. М. Левченко, М. В. Петрова. — Киев: Вища школа, 1976.

Выпуск 3