Химия и химические технологии / 5. Фундаментальные

проблемы создания новых материалов и технологий

Безруких Н.С., Безруких Е.Г.

ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»

НПО «Пульсар», г. Красноярск, Россия

Метод определения дозы озона

при озонировании воды

В целом по России около 20% проб воды из водопроводной сети не отвечают гигиеническим стандартам [1]. Хлорирование, широко применяемое в системах очистки, имеет очень важное негативное свойство. При его использовании образуются хлорорганические соединения, которые обладают высокой токсичностью, мутагенностью и канцерогенностью [2]. Альтернативой хлору является озон. Мировой и отечественный опыт практического применения озона в качестве эффективного дезинфектанта и мощного окислителя при подготовке питьевой воды и для обеззараживания сточных вод подтверждает его преимущество по сравнению с традиционными реагентами [3].

Ограниченное применения этого метода обуславливается его относительно высокой стоимостью. Проблема минимизации стоимости озонирования весьма актуальна. Одним из путей минимизации количества применяемого озона, а, следовательно, и стоимости является точное определение необходимой и достаточной дозы озона.

В данной работе приведен метод определения дозы озона, которая обуславливается химическим поглощением. Обеззараживание воды происходит, растворенным в ней озоном (рекомендуемая концентрация равняется 0,3 мг/л). С величиной концентрации растворенного озона в воде коррелирует величина окислительно-восстановительного потенциала (Eh) [4]. Прежде чем начать растворение в воде, озон в первую очередь взаимодействует с легкоокисляемыми веществами, находящимися в воде. В этот период обработки воды озоном окислительно-восстановительный потенциал имеет слабую тенденцию к росту и начинает интенсивно расти только по окончании этого процесса. Характерный график зависимости Eh от времени озонирования сточной воды, прошедшей биологическую очистку, приведен на рисунке 1.

Рис. 1. График типовой зависимости величины окислительно-восстановительного потенциала от времени озонирования

Зависимость снята на установке, описанной ниже. Схема установки для определения дозы озона при озонировании исследуемой воды приведена на рисунке 2.

Рис. 2. Схема установки

Исследуемая вода заливается в емкость 7 объемом V_вод,[л]. С помощью насоса 8 осуществляется циркуляция исходной воды через газо-жидкостный эжектор 6. Кислород из баллона 1 через редуктор давления 2 и регулируемый ротаметр 3 со скоростью расхода Q,[л/мин] подается в озонатор 4, где синтезируется озон с концентрацией С,[мг/л]. Концентрация озона в озоно-кислородной смеси измеряется газоанализатором 5. Далее озоно-кислородная смесь подается в эжектор 6, где происходит интенсивное ее перемешивание с исследуемой водой. Величина окислительно-восстановительного потенциала воды в емкости измеряется с помощью измерителя Eh 10.

Газовая смесь, состоящая из кислорода и остаточного озона, выходит из емкости 7 и попадает в склянку, содержащую подкисленный раствор йодистого калия. Остаточный озон в ней вступает в реакцию с выделением йода

O₃ + 2KI + H₂SO₄ = I₂ + K₂SO₄ + O₂ + H₂O.

Масса не прореагировавшего озона m_вых, [мг] определяется титрованием полученного раствора тиосульфатом натрия с применением крахмала.

Время озонирования t, [мин], во время которого происходит химическое поглощение озона, определяется секундомером по показаниям измерителя Eh. Отсчет времени производится в точке изгиба графика Eh (см. рис. 1).

Часть озона все-таки успела раствориться в исходной воде. Концентрация растворенного в воде озона С_вод,[мг/л] определяется стандартным методом йодометрии [5] на пробе, взятой из крана 9.

Доза озона, употребленная на химическое поглощение, определяется по формуле

Д_хп=(Q t C–m_вых–C_вод V_в) / V_в.

Требуемая концентрация растворенного остаточного озона С_ост варьируется от минимального значения 0,1 мг/л для питьевой воды и 0,5 мг/л для сточных вод и выше в зависимости от времени контакта озона с водой. Полная необходимая и достаточная доза озона определяется как Д= Д_хп + С_ост.

Таким образом, воспользовавшись приведенным выше методом, имеется возможность выбора оптимального озонаторного оборудования по производительности, а, значит, и по стоимости.

Литература:

1. Пупырев, Е.И. Современные технологии водоподготовки как фактор обеспечения надежности централизованных систем водоснабжения в России [Текст] / Е.И. Пупырев, В.И. Миркис, Ю.Д. Браславский, Н.Л. Смирнова // Водоснабжение и санитарная техника. – 2006. -№1. С. 10-18.

2. Пахомов, А.Н. Развитие систем обеззараживания сточных вод на московских станциях аэрации [Текст] / А.Н. Пахомов, М.Н. Козлов, Д.А. Данилевич, Н.А. Белов // Водоснабжение и санитарная техника. – 2005. -№12. С. 28-32.

3. Чепурнов, А.В. Озонаторное оборудование «Озония» [Текст] / А.В. Чепурнов // Водоснабжение и санитарная техника. – 2007. -№4. С. 3-8.

4. Драгинский, В.Л. Озонирование в процессах очистки воды [Текст] / В.Л. Драгинский, Л.П. Алексеева, В.Г. Самойлович.– М.: ДеЛи принт, 2007. - 314 с.

5. Лунин, В.В. Физическая химия озона [Текст] / В.В. Лунин, М.П. Попович, С.Н. Ткаченко. – М.: изд-во МГУ, 1998. - 149 с.