Подготовка питьевой воды

Озон используется в процессе подготовки питьевой воды – эта область, в которой применяются окислительные и дезинфицирующие свойства озона, появилась гораздо раньше всех остальных. Изначально озон применяли для обеззараживания воды, но затем началось его активное использование для удаления запахов, цветности и примесей из воды. 

Обеззараживание 

Обеззараживание – это процесс, в ходе которого происходит удаление из воды бактерий и вирусов, а также спор и микробов. Чтобы удалить бактерии, в воду вводится дезинфицирующее вещество, а чем больше вещества введено, тем выше будет его воздействие на патогенные микроорганизмы. Минимальное количество вещества в миллиграммах на литр дезинфицируемой воды различно и зависит от величины активной реакции воды и дезинфицирующего средства (рН), от количества бактерий в воде и от ее температуры. Обращаясь к рисунку 1, можно рассмотреть график зависимости количества бактерий в воде от дозы дезинфицирующего вещества (у нас это хлор Cl и озон О3).

Согласно графику, чем больше дозировка хлора, тем меньше количество бактерий. В случае с озоном, резкое бактерицидное действие возникает при достижении дозы озона в 0,4-0,5 мг в газе на литр воды. В данном случае замечена полная инактивация воды. Окислитель, воздействуя на воду, разрушает бактерии, инактивируя бактериальные протеины. Согласно исследованиями по озонированию бактерий, действие озона происходит быстро при условии поддержания необходимой концентрации растворенного озона в воде. Что касается хлора, он лишь выборочно отравляет жизненные центры бактерий, кроме того, делает это медленно по причине необходимости большего количества времени для диффузии в цитоплазме. Время инактивации – это время необходимое для снижения концентрации бактерий до допустимой величины (величина характеризуется коли-индексом и равна 3, согласно ГОСТ 2874-82). Время инактивации для хлора 30 минут, если в воде содержится остаточный хлор в пределах 0,05-0,2 мг/л, в то время как для озона это время 12 минут, при его остаточном содержании 0,1-0,3 мг/л. Например, во Франции за время инактивации воды принято 4 минуты, при содержании озона 0,4 мг/л. В США введено использование СТ-фактора (мг/л*мин), что устанавливает связь между необходимым временем инактивации и концентрацией озона в воде. 

Таблица «Зависимость СТ-фактора от степени инактивации воды и ее температуры» (рН=6-9)

Согласно таблице, чем выше уровень инактивации воды, тем больше должно быть значение СТ-фактора. Однако, чем выше температура воды, тем меньше СТ-фактор. К примеру, при температуре воды +250 градусов Цельсия с остаточной концентрацией озона 1 мг/л, для инактивации на три порядка нужно время обработки в 0,67 мин. Кроме способности к уничтожению бактерий, озон высокоэффективен в уничтожении цист (плотных оболочек вокруг микроорганизмов), спор и других вредных микроорганизмов. 

Удаление железа и марганца

Природная вода как правило содержит двухвалентное железо, которое находится в растворенном состоянии, а марганец обычно сопутствует железу. Из-за наличия данных веществ в воде, она приобретает цветность и характерный привкус. Озон способен окислять соли железа и марганца, образуя нерастворимые вещества, которые в дальнейшем можно удалить отстаиванием или фильтрацией. Химические реакции сульфидов железа  и марганца с озон записываются следующим образом:

Mn SO4+O3+H2O=H2MnO3(осадок)+О2+Н2 SO4
2 Fe SO4+H2SO4+O3=Fe2(SO4)3(осадок)+Н2О+О2

Если железо и марганец находятся в форме органических соединений, либо в форме коллоидальных частиц (размером 0,1-0,01 мкм), то удалить их обычными способами не получится. Поэтому, в данном случае предварительно окисляют эти соединения, что приводит к их расщеплению и возможности удалить железо и марганец обычными методами. В процессе окисления комплексных соединений, озон превращает растворимые соли в нерастворимые, поэтому встает необходимость дальнейшего фильтрования для удаления осадков. Пусть озонирование и не самый экономичный метод удаления железа и марганца из воды, но его применение оправдано следующими факторами: если обычные способы удаления железа и марганца не приводят к желаемым результатам; если необходимо также устранить запах, привкус и цветность воды.