Свойства озона, его взаимодействие с различными веществами и области применения

В обывательском представлении озон считается безопасным газом, придающим воздуху особый аромат, и образующимся в атмосфере после грозы. Это является верным только для небольшой доли его предельно допустимой концентрации. Озон является газом, токсичным для органов дыхательной и нервной системы человека настолько, что его ПДК его равняется 0,1 мг/м3. Еще одним опасным моментом является привыкание к запаху озона, что даже при его концентрации, составляющей десять допустимых норм, он перестает ощущаться человеком. Озон является взрывоопасным и легкоразлагающимся газом, что так же определяет особенности его использования.

Растворимость и расщепление озона в водной среде

Озон является газом, прекрасно растворяющимся в воде, причем этот показатель растет с понижением температуры. Его растворимость намного выше, чем у азота и кислорода, хотя и меньше, чем у хлора и его диоксида. При растворении озона в воде также идет и его разложение, протекающее с одновременным взаимодействием с загрязняющими веществами, имеющимися в воде. Реакции расщепления озона в водной среде связаны с его взаимодействием с молекулами воды и гидрооксид-ионами. В результате этих реакций идет выделение молекул двухатомного кислорода, обладающего так же высокими окислительными свойствами, и образование ионов водорода и гидрооксида, а так же перекиси водорода. При диссоциации перекись водорода образует ионы водорода и частицы свободных радикалов, ускоряющих процесс разложения озона, а так же приводящие к началу цепных реакций разложения примесей. К ним таким частицам относятся радикалы супер-кислорода, состоящие из двух атомов и имеющие отрицательный заряд. Тормозом процесса разложения являются ионы карбонатов и гидрокарбонатов, нейтрализующие при взаимодействии ионы гидрооксида путем образования углекислого газа и воды. Таким образом, процессы, протекающие при растворении озона в водной среде, проходят одновременно по нескольким механизмам. По выводам из практики принимается, что при растворении в воде одна половина озона существует в виде молекул, а вторая распадается с образованием гидроксильных радикалов.

Взаимодействие озона с различными веществами и механизмы протекания этих процессов

Взаимодействие загрязняющих веществ с озоном происходит за счет прямой реакции с молекулами озона или же с радикалами, появляющимися в процессе его распада. Более активно озон взаимодействует с анионами, чем с нейтральными и катионными веществами.

Озон, являясь активным окислителем, взаимодействует со многими органическими и неорганическими веществами. Из галогенов с озоном не реагирует фтор и практически не вступает во взаимодействие хлор. Бром окисляется озоном сначала до гипобромита, а затем и до броматных соединений. При этом образующийся бромид может параллельно взаимодействовать с веществами органического происхождения и аммиаком. Йод окисляется озоном очень быстро с образованием йодатов и йодноватистой кислоты. Соли галогеносодержащих кислот уже не поддаются озоновому окислению. Практически нейтральными к озону являются азот и его соединения, в том числе аммиак и ионы аммония, а так же нитраты, за исключением аминов, хорошо взаимодействующих с гидроксильными радикалами. Токсичные цианиды легко окисляются озоном в цианаты, дальнейшее окисление которых происходит очень медленно и ускоряется только в присутствии ионов меди, замедляясь при наличии в растворе ионов железа. Сера и сульфитные при взаимодействии с озоном окисляются до сульфатов. Что же касается реакций с металлами, то озон достаточно активно окисляет железо и марганец, кобальт и никель, образуя оксиды и гидрооксиды, удаляемые из раствора при флокуляции или фильтрации. Практически пассивен в отношении озона хром, хотя при определенных условиях он может быть окислен им до максимальной степени окисления, шестивалентного хрома.

При взаимодействии озона с органическими веществами реакции проходят по довольно сложному механизму, так как они могут проходить как с непосредственно с молекулами озона, так и со свободными радикалами, образующимися в процессе его разложения. Насыщенные углеводороды характеризуются медленной скоростью реакции с озоном, а основная часть соединений углеводородов с хлором реагируют только с гидроксильным радикалом, образующимся при разложении озона. Практически мгновенно озон реагирует с фенолом и его производными. Карбоновые и кетоновые кислоты не реагируют с озоном, так как относятся к конечным продуктами реакций его взаимодействия со спиртами. Меркаптаны окисляются озоном до сульфоновых кислот, активно взаимодействуют с озоном так же белки и аминокислоты, что объясняет его высокое обеззараживающее действие. Следует отметить активность озона в отношении нейтрализации пестицидов, содержащих эфиры фосфорной кислоты путем окисления до нитратов и углекислого газа.

Применении озона

Благодаря своим свойствам, озон широко используется для очищения воды от фенолов, нефти и нефтепродуктов, поверхностно-активных веществ, аминов, железа и марганца, растворенного сероводорода, а также многих других веществ органического и неорганического происхождения, которые не могут быть эффективно удалены при использовании других методов очистки водной среды. Кроме того, с помощью озонового окисления проводится полное обеззараживание воды даже при значительном бактериальном ее загрязнении, в том числе и от патогенных микроорганизмов, устойчивых к действию хлора и хлоросодержащих дезинфектантов.

Это определяет так же и области его применения, к которым относится очистка воды, применяемой в оборотном водоснабжении, в схемах очищения сточных вод как бытового, так и производственного характера, при очистке нефотесодержащих стоков и сточных вод пищевой промышленности, характеризуемых высоким содержанием органических веществ.

Подробнее про установки и технологии очистки сточных вод озоном читайте в следующей публикации. Если у вашего предприятия существуют проблемы с очисткой сточной воды, обращайтесь к нашим специалистам по эл. почте info@nomitech.ru Также рады будем узнать Ваше мнение о наших технологиях, а также статьях на сайте - оставляйте комментарии!