Озонирование воды
Обзорная статья об озонировании воды. В статье рассмотрены общие преимущества использования озона по сравнению с другими окислителями. Приведены обзорные таблицы по влиянию озона на химические и бактериологические показатели воды. Статья содержит ссылки на материалы сайта, где детально рассматриваются различные способы и сферы применения озона.
Преимущества использования озона в обработке воды
Озон применяется в очистке и доочистке питьевой воды, подготовке воды для производства пива, безалкогольной и слабоалкогольной продукции, стерилизации стеклянных и пластиковых (ПЭТ) бутылок, озонирования воды в бассейнах и аквариумах, санации стоков, а также используется для дезинфекции водными растворами озона производственных и бытовых помещений, предметов и иных поверхностей.
Преимущества озонирования воды:
- Озон один из самых сильных окислителей. Он без труда уничтожает большинство органических загрязнителей (белки, жиры, фенолы, нефтепродукты, меркаптаны и т.д.). Озон окисляет многие неорганические загрязнители, такие как аммиак, нитриты (NO2–), сероводород, комплексные соли железа и марганца.
- Озон уничтожает все бактерии и вирусы. Нет ни одной бактерии или, тем более, вируса, которые были бы устойчивы к действию озона. Озон химически «сжигает» их за счет того, что является одним из самых сильных окислителей.
- Озон вырабатывается непосредственно на предприятии. Это исключаются затраты на транспортировку, хранение и исходные реагенты. Озон производится по месту использования из кислорода содержащегося в атмосферном воздухе.
- При использовании озона в воду не попадают посторонние вещества. Неизрасходованный на реакцию озон очень неустойчив в воде, период полураспада 20-30 минут, с нагреванием этот процесс ускоряется. При распаде озона образуется обычный кислород О2.
- Высокая скорость обработки. Обработка воды озоном обычно занимает от нескольких минут до получаса.
Влияние озона на химические показатели воды
В таблице перечислены различные химические показатели воды и их влияние на организм человека, а также возможность и эффективность использования озона для нормализации показателей воды.
| Показатель | Описание показателя | Влияние озона на показатель |
| pH | Концентрация водородных ионов в растворе. Нейтральному состоянию раствора при температуре 22°С соответствует рН =7, понижение величины – кислотному, а повышение – щелочному. Рекомендовано: рН=6-7. | Озон практически не изменяет рН воды, за исключением незначительного повышения щелочности. |
| Цветность | Показатель качества воды, характеризующий интенсивность окраски воды. Количество влияющих на цветность веществ зависит от геологических условий водоносных горизонтов, характера почв и т.д. Наименьшая цветность наблюдается у подземных вод. Снижение показателя зависит от дальнейшей очистки воды. | Озон эффективно борется с цветностью, не создаёт хлорированных органических соединений. 1 мг озона на литр воды, может удалить 10 единиц цвета (CU). Озон удаляет цвета в процессе окисления, удаляет вкусовые продуцирующие агенты и широкий спектр органических веществ, все это делает воду прозрачной. |
| Мутность | Вызвана присутствием тонкодисперсных взвесей органического и неорганического происхождения. Мутность отрицательно влияет на внешний вид воды и защищает микроорганизмы при ультрафиолетовом обеззараживании и стимулирует рост бактерий. Уменьшение можно достичь при снижении жесткости, окислов железа и марганца. Повышение мутности воды может быть вызвано выделением карбонатов. | Озон эффективно удаляет мутность. Мутность, вызванная наличием взвеси неорганического происхождения, должна быть предварительно отфильтрована механическими фильтрами. |
| Запах | Относится к органолептическим показателям воды. Запах обусловлен свойствами сырой воды и методами ее обработки. Запах воды характеризуется видами запаха и интенсивностью. На запах воды оказывают влияние состав растворенных веществ, температура, значение рН. Интенсивность запаха воды определяют экспериментальным путем при 20°С и 60°С и измеряют в баллах, согласно требованиям ГОСТа. | Озон убирает все запахи, связанные с органическими веществами и бактериями, химически разрушая источники запаха. |
| Жесткость | Жесткостью воды называют свойство воды, обусловленное наличием в ней растворенных солей кальция и магния. Общая жесткость – представляет собой сумму карбонатной (временной) и некарбонатной (постоянной) жесткости. Карбонатная жесткость обусловлена наличием в воде гидрокарбонатов и некарбонатов (при рН>8,3) кальция и магния. При нагревании гидрокарбонаты распадаются с образованием угольной кислоты и выпадением в осадок карбоната кальция и гидроксида магния. Данный тип жесткости почти устраняется при кипячении и поэтому называется временной. Некарбонатная жесткость обусловлена присутствием кальциевых и магниевых солей сильных кислот и при кипячении не устраняется (постоянная жесткость). | Ионы кальция и магния присутствуют в состоянии наибольшей валентности. Сильный оксидант озон не может окислить эти ионы до более высокого уровня валентности. |
| Азот аммонийный (NH3, NH4) | По данным ВОЗ норма 1,5мг/л. По данному показателю судят о загрязненности источника воды: очень чистые – 0,05 мг/дм³; чистые 0,1 мг/дм³; умеренно загрязненные 0,2 – 0,3 мг/дм³; загрязненные 0,4 – 1,0 мг/дм³; очень грязные > 3,0 мг/дм³; | Озон удаляет до 80-90%, совместно с другими методами фильтрации. Исследования по удалению аммиака, нитритов и нитратов азота с помощью озонатора, фильтрации песком, биологического активированным углем показали, что все из испытанных процессы показали эффективность в удаления азота. |
| Нитриты | Cоли азотистой кислоты. Нитрит-анионы являются промежуточными продуктами биологического разложения азотсодержащих органических соединений. Благодаря способности превращаться в нитраты, нитриты, как правило, отсутствуют в поверхностных водах. ПДК нитритов (по NO2) в воде водоемов составляет 3,3 мг/л. Повышенное количество азота в природной воде свидетельствует о загрязнении источника сточными водами. | Озон удаляет до 80-90%. |
| Нитраты | Соли азотной кислоты. Возможности для нитратного загрязнения питьевой воды зависят от глубины, конструкции скважины, характеристики подземных вод формации, а также климатических условий. Во многих случаях, время необходимое для поступления нитрата через почву в грунтовые воды, трудно предсказать. Повышенные дозы потребления воды и продуктов питания, снижают способность крови к переносу кислорода. | Озон удаляет до 80-90%. |
| Окисляемость перманганатная | Позволяет оценить наличие в воде только легко растворимых веществ, таких как сульфиды, нитриты, железо двухвалентное, некоторые гуминовые вещества. Выражается количеством миллиграммов кислорода, необходимого для окисления в определенных условиях органических веществ, содержащихся в 1л воды. Для подземных вод это небольшая величина. | Не применимо. |
| Хлориды | Присутствуют практически во всех пресных поверхностных и грунтовых водах, а также в питьевой воде в виде солей металлов. В основном их присутствие в воде связано с вымыванием из горных пород хлорида натрия (поваренной соли). Именно по органолептическому показателю – вкусу и утвержден ПДК питьевой воды по хлоридам (350 мг/л). | Для снижения хлоридов целесообразно использовать угольный фильтр. |
| Сульфаты | Естественное содержание сульфатов в поверхностных и грунтовых водах обусловлено выветриванием пород и биохимическими процессами, происходящих в водоносных слоях земли. Ухудшение вкуса воды и ощущение привкуса сульфатов возникает при их концентрации 250 – 400 мг/л. | Озон окисляет H2S в серу, которая затем осаждается в виде ярко-желтых частиц. Избыток серы может быть слит и утилизирован. Озон может также окислить последующие формы серы при достаточном времени контакта. |
| Фтор | Фтор в виде фторидов может содержаться в природных и грунтовых водах. Концентрация фтора в питьевой воде должна быть не более 1,5 и не менее 0,5 мг/л., поэтому при избытке фтора в природной воде ее обесфторивают, а при недостатке – фторируют. | Для удаления фторидов существуют специальные фильтры. Могут быть использованы до озонатора. |
| Железо (общее) | Практически всегда присутствует в подземных водах, концентрация зависит от геологического строения и гидрогеологических условий бассейна. Соединения железа в воде присутствуют в растворенной, коллоидной и нерастворенной форме. Высокое содержание железа ухудшает вкус питьевой воды. По показаниям вредности для здоровья такой показатель не установлен. В присутствии окислителя, двухвалентное железо окисляется и переходит в трехвалентную форму, образуя малорастворимый гидроксид железа, выпадающий в осадок. Таким образом, для удаления окислов железа, необходим сильный окислитель и рН 8,5-9,0. | Растворимое железо Fe (II) называется двухвалентным железом. Двухвалентного железо Fe (II) окисляется до трехвалентного железа Fe (III) с помощью озоном. Это трехвалентное железо Fe (III) затем гидролизуется образованием Fe (OH) 3, что может быть удалено стандартной фильтрацией. Реакция преобразования двухвалентного железа Fe (II) в трехвалентное железо Fe (II) потребляет 0,43 мг озона на мг Fe (II). Железо также может быть окислено кислородом. Окисление двухвалентного железа требует только электронного обмена, следовательно это быстрая реакция. |
| Марганец | в чистом виде в природе не встречается. В рудах он присутствует в виде окислов, гидроокисей и карбонатов. В марганцевых рудах всегда присутствует железо. Он распространен не так сильно как железо, но очень похож на него по своим свойствам. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) с 1998г. установлены очень жесткие нормы предельного содержания марганца в водопроводной воде – 0,05 мг/л. | Растворимый Марганец Mn (II) окисляется озоном с образованием диоксида марганца MnO2, который является частицей и может быть легко удален с помощью стандартной фильтрации. Этот процесс потребляет 0,88 мг озона на 1 мг марганца Mn (II). Тем не менее, в течение окисления марганца он может образовать растворимый перманганата MnO4. В то время как перманганат обычно возвращается к форме двуокиси марганца MnO2 в течение долгого времени (20 – 30 минут), лучше разработать систему удаления марганца с соответствующими дозами озона и интегрировать контроль для предотвращения избыточного окисления. |
| Цинк | содержится в виде катионов или в виде комплексных анионов. Цинк может присутствовать и в нерастворимых в воде формах – в виде гидроокиси, карбоната, сульфида. Роль цинка в жизнедеятельности организма заключается в том, что он входит в состав более 40 важных ферментов. Цинк влияет на вкус и обоняние. Очистка воды от ионов цинка – комплексная, на основе процессов фильтрации и сорбции. | 99.5% и выше. Зависит от дозы и времени обработки. |
| Медь | Может присутствовать в различных формах: ионной, комплексной, коллоидной и при соприкосновении с воздухом изменять свое состояние. Содержание меди в питьевой воде не должно превышать 2мг/л за период 14 суток. Однако недостаток меди в питьевой воде также нежелателен. Ионы меди придают воде металлический вкус. У разных людей порог вкусового определения меди составляет 2-10мг/л. | 99.5 % и выше. Зависит от дозы и времени обработки. |
| Свинец | Предельно допустимая концентрация свинца в водопроводной воде не должна превышать 0,01-0,03 мг/л. Вода с повышенным содержанием свинца может вызывать острые или хронические отравления у человека. | 99.5% и выше. Зависит от дозы и времени обработки. |
| Кадмий | Токсичное вещество содержание которых в питьевой воде строго лимитируется. | 99.5% и выше. Зависит от дозы и времени обработки. Для точного расчета обратитесь к специалисту. |
Влияние озона на санитарно-бактериологические показатели воды
Процесс озонирования способен уничтожить все известные бактерии и вирусы. При озонировании воды, прежде всего, учитывают время контакта и концентрацию озона в воде. Озон является очень мощным дезинфицирующим средством.
В таблице сравниваются КВ-значения (концентрация * время) различных дезинфицирующих средств для дезактивации вирусов. Хлор подходит для дезактивации бактерий и вирусов, но не может быть использован, чтобы деактивировать простейших.
| Дезинфицирующее средство | Единица измерения | Обеззараживание 2-log | Обеззараживание 3-log | Обеззараживание 4-log |
| Хлор* | мг * мин/л | 3 | 4 | 7 |
| Хлорамин** | мг * мин/л | 643 | 1067 | 1491 |
| Диоксид хлора*** | мг * мин/л | 4,2 | 12,8 | 25,1 |
| Озон | мг * мин/л | 0,5 | 0,8 | 1,0 |
| Ультрафиолет | мВ * с/см² | 21 | 36 | – |
В таблице показана скорость дезинфекции Giardia cyst. В этой таблице вы можете увидеть, что хлор и хлорамин имеют более низкие КВ-значения. Это означает, что озон является более мощным дезинфицирующим средством, чтобы дезактивировать этот микроорганизм. Простейшие Cryptosporidium практически не деактивируется хлором и хлорамином. КВ-значения для дезактивации хлора колеблются в пределах от 3000 до 4000 мг*мин/л для 1-лога дезактивации (= 90% деактивации).
| Дезинфицирующее средство | Обеззараживание 0,5-log | Обеззараживание 1-log | Обеззараживание 1,5-log | Обеззараживание 2-log | Обеззараживание 2,5-log | Обеззараживание 3-log |
| Хлор* | 17 | 35 | 52 | 69 | 87 | 104 |
| Хлорамин** | 310 | 615 | 930 | 1230 | 1540 | 1,850 |
| Диоксид хлора*** | 4 | 7,7 | 12 | 15 | 19 | 23 |
| Озон | 0,23 | 0,48 | 0,72 | 0,95 | 1,2 | 1,43 |
Преимущество озона является то, что он минимально влияет на рН и температуру. Тем не менее, растворимость озона уменьшается при повышении температуры, уровень дезинфекции увеличивают при 10°C. В диапазоне 0 – 30°C, эти два фактора уменьшают друг друга. Скорость обеззараживание озоном почти не изменяется в диапазоне рН от 6 – 8,5.
Для некоторых резистентных микроорганизмов (таких как Giardia Muris), скорость дезинфекции увеличивается при более высоких значениях рН. Для других видов микроорганизмов, все наоборот.