Особенности очищения сточной воды от некоторых веществ методом озонирования

То, насколько эффективной будет очищение воды от фенола и его соединений, зависит от сочетания методов его очистки. Как правило, это добиваются сочетанием методов окисления и сорбирования. Как правило, в качестве окислителей, удаляющих озон, используются хлор и его соединения, перманганат калия, озон и его смесь с закисью водорода. При взаимодействии с хлором фенолы образуют хлорфенолы, чего не происходит при обработке воды диоксидом хлора. Более эффективно удаляет фенолы перманганат калия, но самыми высокими показателями в этом отношении характеризуется озон. В качестве сорбента, применяемого для удаления такой трудноразлагаемой органики, как фенол, применяются активированные угли, но более высокой степени извлечения добиваются при сочетании этого метода с озонированием. Если очищаемую воду перед сорбированием обработать озоном, то процессы адсорбции фенола и продуктов окисления озона проходят с гораздо большей эффективностью, кроме того, увеличивается и период работы угольного фильтра до его регенерации, а так же его сорбционная емкость. При предварительном озонировании с дозами озона, подобранными в соответствии с исходной концентрацией фенола, дальнейшее сорбирование угольными фильтрами может практически полностью удалить фенол из обрабатываемой воды. Основное влияние на скорость процесса окисления фенолов при озонировании оказывают их концентрация и рН водной среды, так как фенолы окисляются озоном практически мгновенно. На разложение одной молекулы фенола расходуется от двух до четырех молекул озона, при повышении концентрации фенола их количество может расти, так как при этом разлагаются так же и промежуточные продукты реакции разложения фенола. У фенолов, в состав которых входят две, или три гидроксильные группы, разложение проходит до оксокислот и до оксикислот. Поэтому фенолы при обработке озоном можно практически полностью удалить из воды, но концентрация прочих органических веществ может быть уменьшена только на 30-50%. Хотя при озонировании некоторых сточных вод содержащиеся в них вещества при окислении могут образовывать фенолы. Предположительно, это может происходить при окислении и деструкции гуминовых веществ, которые являются комплексом продуктов конденсации ароматических углеводородов с протеинами и аминокислотами.

Нефтепродукты, содержащиеся в воде, представлены, в основном, олефиновыми, циклоолефиновыми, ароматическими и парафиновыми углеводородами. Труднее всего поддаются удалению растворенные и летучие фракции нефти и нефтепродуктов. В процессах коагуляции из воды в основном удаляются нефтепродукты, находящиеся в состоянии коллоидного раствора, а для очищения воды от растворенной органики требуется озонирование. При этом процессе проходят реакции окислительного разложения и окислительного соединения с последующим разложением, так как идет разрушение ароматических колец с образованием более длинных алифатических цепей.

Поэтому озонирование является необходимым этапом на стадии доочистки сточной воды, так как при этом из нее эффективно удаляются фенолы и растворенные нефтепродукты. Эффективность озонирования сточной воды, содержащей нефтепродукты тем выше, чем меньше там их концентрация. Поэтому озонирование стоков, содержащих нефтепродукты, следует проводить на стадии доочистки, или же после физико-химических методов обработки сточной воды.

Удаление пестицидов производится сочетанием методов озонирования и последующей адсорбции на угольных фильтрах. При этом происходит деструкция практически всех веществ этого класса, но для этого необходим расчет дозы озона требуемой для окисления наиболее трудно разлагаемых веществ. Кроме того, озонирование эффективно и для удаления неионогенных поверхностно-активных веществ.

Аминовые соединения, содержащиеся в сточной воде, являются токсичными веществами. Предварительное их удаление достаточно эффективно проводится с помощью биохимического окисления, а доочистка идет с помощью кислородного и озонового окисления. Важными факторами, влияющими на течение этого процесса, являются рН водной среды, а так же концентрации и наличие других веществ, так же участвующих в процессах окисления.

Кроме удаления трудноразлагаемой органики, озонированием можно снизить также и такие показатели сточной воды, как мутность и цветность. Мутность воды уменьшается с увеличением дозы озона. Хотя, при определенной его концентрации в обрабатываемой воде могут начаться процессы самопроизвольной коагуляции, ведущие к образованию флоккул, что снова увеличивает показатели мутности. Этот эффект озонирования, при котором идет уменьшение, или увеличение мутности воды, носит название демицелизации- мицелизации. В частности, именно поэтому предварительное озонирование некоторых коллоидных растворов при определенных условиях перед введением коагулирующего реагента ведет к значительному снижению его расхода. Цветность воды, определяемая содержанием гуминовых соединений и фульвокислот, значительно уменьшается при озонировании. Окисление гуминовых соединений происходит с большей интенсивностью, чем у фульвокислот, поэтому снижение цветности характеризуется более высокой скоростью вначале, и более медленной в конце процесса озонирования.

Предварительное озонирование перед обработкой коагулирующими реагентами не всегда приводит к увеличению интенсивности процесса, так как при окислении озоном выскокомолекулярные соединения, удаляемые с помощью процессов коагуляции, могут разлагаться до низкомолекулярных, которые намного хуже подвергаются удалению физико-химическими методами. Но в то же время, озонирование сточной воды способно изменить величину поверхностного заряда коллоидных частиц, что способствует их сближению и вызывает самопроизвольную коагуляцию. Обработка озоном уже осветленной после процесса коагуляции воды позволяет примерно на 20% снизить следы остаточного алюминия. Поэтому озонирование, в зависимости от состава сточной воды, может применяться как в качестве предварительной стадии перед процессом коагуляции, так и после очистки воды методами коагуляции, для деструкции оставшихся не удаленными коллоидных частиц. При этом течение процесса демицелизации или мицелизации зависит от дозы озона, добавляемой в обрабатываемый водный раствор.

Одной из особенностей озонирования является образование побочных продуктов взаимодействия озона с органическими загрязнениями, содержащимися в сточной воде. К ним, в основном, относятся альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты и прочие алифатические и ароматические соединения с гидроксильными функциональными группами. Основная часть таких побочных продуктов озонирования приходится на формальдегид и ацетальдегид, или альдегиды муравьиной и уксусной кислоты, а так же альдегиды других кислот. Альдегиды обладают токсичным действием и при взаимодействии с хлором при дальнейшем обеззараживании воды могут образовывать хлорорганические соединения, так же оказывающие вредное воздействие на живые организмы. На образование альдегидов оказывает влияние исходная концентрация органических загрязнений в обрабатываемой воде – чем она больше, чем выше концентрация альдегидов после озонирования. Этот процесс зависит так же и от рН среды, так как при сдвиге в щелочную сторону интенсифицируется процесс разложения альдегидов, что ведет к уменьшению их содержания.

Таким образом, для эффективного удаления веществ из сточной воды при озонировании следует обращать внимание на дозы озона, а так же свойства обрабатываемой водной среды.