Озонирование для улучшения качества питьевой воды

Улучшение органолептических характеристик воды методом озонирования. Обеззараживающее действие озона. Извлечение железа и марганца. Извлечение специфических загрязнений. Улучшение процесса осветления. Проблема вторичных продуктов озонирования

Озон можно использовать для улучшения органолептических характеристик питьевой воды. За последние 15-20 лет метод озонирования находит все более широкое применение на различных стадиях обработки вод из поверхностных источников, хотя технология была известна еще в начале ХХ века.

Озон оказывает двойное действие на присутствующие в воде загрязнения:

- прямое, достаточно селективное и быстрое окисление растворенным озоном;

- окисление радикалами, когда под воздействием озона вода разлагается на радикалы OH⁰, которые могут непосредственно воздействовать на некоторые вещества или, реагируя с некоторыми растворенными веществами, вызывать образование других радикалов R⁰, способствующих разложению растворенного озона, как и ионы ОН;

Поскольку озон признан сегодня самым мощным реагентом для окисления целого ряда загрязнений (особенно, специфических), применение его на той или иной стадии обработки питьевой воды требует четкого понимания характера действия O₃ для того, чтобы в каждом конкретном случае выбрать оптимальный вариант включения озонирования в технологическую линию с учетом поставленной задачи.

Применение озона при обработке питьевых вод имеет ряд преимуществ

Улучшение органолептических характеристик воды

Цветность. Озон разрушает двойные связи ответственных за естественную цветность гуминовых кислот с интенсивностью, зависящей от качества исходной воды. Исходная вода легко обесцвечивается озонированием, но при этом должен отсутствовать марганец (<0,03 мг/л), поскольку в противном случае озонирование приведет к его окислению и, как следствие, к розовой окраске воды.

Озонирование высоко цветной воды не всегда позволяет полностью ее обесцветить, по крайней мере, при однократном введении O₃. Кроме того, озонирование может вызвать образование дополнительных осадков. В этом случае следует предусматривать последующее (после озонирования) фильтрование.

Вкус. Озонирование дозой 2 мг/л полностью снимает все привкусы, если после классической обработки воды (коагуляция – флокуляция –отстаивание – фильтрование через песок) в ней нет специфических органических соединений (например, альдегидов). В противном случае доза озона должна быть значительно повышена.

Обеззараживающее действие озона

Доза вводимого озона определяется параметром, получаемого произведением концентрации озона, мг/л, на время воздействия, мин. Его величина оказывается неодинаковой для различных окислителей и «объектов» воздействия. При обеззараживании питьевой воды величина указанного параметра, обычно, принимается равной 1,6.

Обеззараживание озоном производится, как правило, в контактных башнях с двумя последовательными камерами, в первой из которых удовлетворяется химическая потребность в озоне для достижения остаточной концентрации 0,4 мг/л, во второй – эта концентрация поддерживается в течение требуемого времени.

Извлечение железа и марганца

В большей части загрязнителями подземных вод являются железо и марганец. Обычно Fe²⁺ удается окислять аэрированием до нерастворимого Fe³⁺ с последующим его отделением на песчаном фильтре. Однако для окисления марганца кислорода воздуха недостаточно. Поэтому необходимо применять более мощный окислитель, например O₃, что обеспечивает окисление Mn²⁺ до нерастворимого и выделяемого затем на фильтре Mn. Избежать случайного прохождения через фильтр части марганца, окисленного до растворенного Mn, можно, используя в качестве загрузки ГАУ, на котором реализуется реакция 2Mn₂O₇ + 3C – 4MnO₂ + ЗCO₂, сформировавшийся при этом осадок также задерживается этой загрузкой. Кроме того, следует обращать внимание на содержание в воде растворенного органического углерода (РОУ), поскольку повышенная его концентрация в обрабатываемой воде может потребовать существенного увеличения доз вводимого O₃. Озон в процессе воздействия на некоторые растворенные органические вещества, стойкие к биоокислению, способен трансформировать их в биоокисляемые, хорошо извлекаемые затем из воды под действием микроорганизмов, развивающихся на фильтрующей загрузке (песок, вспененная глина, ГАУ), то есть под действием O₃ происходит трансформация стойкого РОУ в биоокисляемый углерод.

Извлечение специфических загрязнений

Озон способен извлекать из воды и некоторые специфические загрязнения frana-детергентов, фенолов, цианидов. Извлечение фенолов в процессе озонирования, когда появляются продукты разложения фенолов, которые сами взаимодействуют с озоном, и лишь появление остаточной концентрации O₃ свидетельствует о завершении окислительной обработки.

Некоторые вещества, будучи стойкими по отношению к озону, оказываются подверженными с различной степенью интенсивности воздействию свободных радикалов ОН⁰, энергично формирующихся при одновременном введении Н₂O₂. Такой процесс реализуется в способе PEROZONE®, используемом, например, на станции «Мон-Валерьен» в окрестности Парижа для извлечения хлорорганических растворителей и (или) пестицидов.

Недостатком применения сочетания «O₃+ Н₂O₂» является полное отсутствие в воде остаточного озона, что ставит проблему обеспечения одновременного обеззараживания воды. Этот недостаток можно преодолеть. используя специальный трехкамерный контактный реактор озонирования, который последовательно обеспечивает:

- полное удовлетворение немедленной химической потребности в озоне;

- полное обеззараживание по критерию СТ;

- окисление специфической органики радикалами ОН⁰, интенсивно образующимися благодаря введению в нее Н₂O.

Улучшение процесса осветления

Давно известно благоприятное действие предварительного хлорирования исходной воды до ее подачи в технологическую линию водоподготовки, которое, однако, из-за неизбежного формирования галоформ сегодня все более часто заменяется на предварительное озонирование. Последнее не только способствует более эффективной последующей обработке воды (коагуляция – флокуляция – отстаивание), но одновременно полностью решает проблему галоформ и содействует прогрессивному снижению доз коагулянта.

Обычно, предварительное озонирование осуществляют при небольшом времени контакта (2-3 мин) с дозами O₃, составляющими примерно 10-40% его дозы на стадии пост озонирования. Следует избегать наличия остаточного озона в воде, направляющейся на последующую обработку, поскольку речь еще не идет об обеззараживании воды. В таком случае необходимо избегать попадания солнечного света на отстойник для того, чтобы препятствовать развитию в нем водорослей в условиях отсутствия в воде окислителя.

Проблема вторичных продуктов озонирования

В частности, можно рассмотреть броматы, которые формируются из бромидов в определенных условиях (рН, доза O₃, время контакта) и, согласно последним оценкам, являются более токсичными, чем исходные окисляющиеся озоном загрязнения. Эту проблему можно решить путем оптимизации (на основе соответствующих тестов и, возможно, испытаний) условий озонирования в процессе проектирования, пусконаладки и (или) эксплуатации сооружений.

Адаптированные решения уже найдены и успешно применяются:

- жесткий контроль (управление) за величиной рН и дозированием O₃, введение в обрабатываемую воду ингибиторов формирования броматов, предварительное извлечение бромидов. Современная технология подготовки питьевой воды. Теоретически применение озона в обработке поверхностных вод возможно в нескольких точках технологической линии, однако приоритетными являются предварительное озонирование и сочетание «О₃ + ГАУ» на стадии доочистки, что сегодня уже стало признаком современной технологии подготовки питьевой воды.

Промежуточное озонирование оказывается целесообразным лишь в особых случаях. Озонирование воды перед резервуарами имеет негативные последствия в отношении исходной поверхностной воды, а в конце технологической линии оно разумно лишь для предварительно глубоко очищенной воды.

Со всей очевидностью видны достоинства современной технологии с упомянутыми стадиями озонирования: за счет эффективного извлечения из воды растворенного биологически окисляемого органического углерода удается резко снизить дозы хлора на стадии конечного обеззараживания, обеспечивая стабильность его остаточной концентрации в сети распределения, и одновременно надежно решить проблему образования токсичных хлорорганических соединений в питьевой воде в процессе ее транспортировки до потребителей.