Исследование способа обеззараживания сточных вод с

Ж У Р Н А Л
университета
в о д н ы х
коммуникаций
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 природопользователей / 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 образование. — 2007. — № 1.
УДК 502.1/2:656.6
Е. М. Морозова,
ст. преподаватель,
СПГУВК
ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБА ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ СТОЧНЫХ ВОД
С ПОМОЩЬЮ ОЗОНА
INVESTIGATION OF METHOD OF SEWAGE DESINFECTION WITH OZONE
Выпуск 3
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.
162
Ключевые слова: сточные воды, способы обеззараживания, озон, озонирование, бактерицидное
действие.
Key words: sewage, methods of disinfection, ozone, ozonizing, bactericidal effect.
В
СЕ природные воды, а также большинство питьевых и особенно сточных являются средой обитания микроорганизмов.
Вода, используемая для хозяйственнопитьевых целей, не должна содержать болезнетворных микроорганизмов или способного
к росту планктона. При эксплуатации аппа-
Ж У Р Н А Л
университета
в о д н ы х
коммуникаций
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
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-
Время,
мин
Последействие,
сут
Органолептические
свойства воды
Конструктивная сложность
Хлорирование
30–60
1–5
Ухудшает
Высокая при применении жидкого
хлора (опасность утечки)
Озонирование
5–30
—
Улучшает
Средняя (высокое электрическое
напряжение, утечка озона)
УФ-облучение
1–15
—
Не влияет
Малая
Не влияет
Высокая (необходимость
обеспечения радиационной
безопасности, опасность при
смене источников облучения)
Не влияет
Высокая (необходимость
обеспечения радиационной
безопасности, сложная
конструкция ускорителя)
Метод
обеззараживания
γ-облучение
Облучение
ускоренными
электронами
1–15
1–15
—
—
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
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
163
Выпуск 3
Ж У Р Н А Л
164
университета
в о д н ы х
коммуникаций
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,
О2 + О ↔ О3 + энергия.
В сухом воздухе озон медленно разлагается с образованием кислорода:
О3 ↔ 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 (начало цепи)
О3 + ОН– → НО2* + О2,
О3 + НО2* → ОН* + 2О2 (развитие цепи)
ОН* + ОН* → Н2О2 (обрыв цепи)
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 метилпараоксон 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 MnO4–, низшие оксиды азота переходят в N2O5, аммиак окисляется до нитрата
аммония NH4NO3, галогены — до ClO2 и Br2O5.
Окисление озоном сероводорода протекает в две стадии:
H2S + O3 → H2O + SO2
3H2S + 4O2 → 3H2SO4.
При избытке окислителя преобладает
вторая реакция.
Очень легко взаимодействуют с озоном
цианиды с образованием мочевины:
CN– + O3 → OCN– + O2
OCN– + 2H+ + H2O → CO2 + NH4+
NH4+ + OCN– → CO(NH2)2.
Бактерицидное действие озона объясняется его способностью нарушать обмен веществ в живой клетке за счет смещения равновесия восстановления сульфидных групп в
неактивные дисульфидные формы.
Ж У Р Н А Л
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 бόльшая 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.
университета
в о д н ы х
коммуникаций
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
Эффективность (%) обработки озоном биологически очищенных сточных вод
Бактериологический показатель
Эффект снижения
Микробное число
Энтерококки
Фекальные стрептококки
Бактериофаги
Сальмонеллы
Взвешенные вещества
БПК5
ХПК
Окисляемость перманганатная
СПАВ и нефтепродукты
Нитриты
Железо и марганец
99,99
99,78
99,70
99,91
100
30–50
5–25
15–20
20–30
99,00
99,00
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
Выпуск 3
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.: ИНФРАМ, 2011. — 218 с.
3. Воронов Ю. 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. Ильменкова. — 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.
165