Ozonizace vody

Ozonizace vody se stále více využívá při dezinfekci pitné vody, bazénové vody, odpadních vod atd., což umožňuje současně dosáhnout odbarvení, oxidace železa a manganu, odstranění chuti a zápachu vody a dezinfekci díky velmi vysoké oxidaci schopnost ozonu. Poprvé byly ozonizační procesy pro čištění pitné vody realizovány ve Francii, kde již v roce 1916 bylo v provozu 26 ozonizačních zařízení. Celkový počet v Evropě je 49. Ozon (O3) je namodralý nebo světle fialový plyn, který se ve vzduchu a ve vodném roztoku spontánně disociuje a mění se na kyslík. Rychlost rozpadu ozonu prudce roste v alkalickém prostředí a s rostoucí teplotou. Má vysokou oxidační schopnost, ničí mnoho organických látek přítomných v přírodních a odpadních vodách; je špatně rozpustný ve vodě a rychle se samovolně zničí; Jako silné oxidační činidlo může při dlouhodobém působení zvýšit korozi potrubí.

Dávka ozonu závisí na účelu ozonizované vody. Pokud je ozon zaváděn pouze k dezinfekci do filtrované vody (po jejím předběžném sražení a vyčeření), pak je dávka ozonu 1–3 mg/l, pro podzemní vody – 0,75–1 mg/l, kdy se ozon zavádí pro bělení a dezinfekce kontaminované vody může dávka ozonu dosáhnout 5 mg/l. Doba kontaktu dezinfikované vody s ozonem je 8–12 minut. Rozpustnost ozonu lze zvýšit zvýšením tlaku. Výhoda tohoto způsobu úpravy vody: obvykle se do vody nepřidávají žádná cizí chemická činidla a produktem redukce ozonu je kyslík.

Princip výroby ozonu

Nejúspornějším průmyslovým způsobem výroby ozonu je průchod vzduchu nebo kyslíku generátorem ozonu (ozonizátorem), kde dochází k vysokonapěťovému elektrickému výboji (5000–25000 V). Generátor ozonu se skládá ze dvou elektrod: ve formě dvou rovnoběžných desek nebo ve formě dvou soustředných trubic umístěných v krátké vzdálenosti od sebe. Výkon zařízení a měrná spotřeba energie závisí na vlhkosti vzduchu přiváděného do ozonizátoru, teplotě, obsahu kyslíku a konstrukci ozonizátoru. Proto před vstupem do generátoru ozonu vzduch prochází filtrem a suší se silikagelem nebo oxidem hlinitým (Al2O3). V generátoru vlivem tichého elektrického výboje vzniká ozón, nikoli však v čisté formě, ale smíšený se vzduchem. Koncentrace ozonu v této směsi ozonu a vzduchu se pohybuje od 2 do 12 g/m3. Hodnota koncentrace závisí na konstrukci ozonizátoru. Protože elektrický výboj je doprovázen uvolňováním tepla, zařízení zajišťují vodní chlazení elektrod. Vzhledem k tomu, že ozon je velmi toxický plyn (maximální přípustná koncentrace ve vzduchu zóny je 0,0001 g/m3), schémata procesu ozonizace vody umožňují jeho plné využití a regeneraci. Kromě toho ozonizační zařízení zpravidla obsahuje speciální odplyňovač ozonu (destruktor).

Dezinfekční účinek ozónu

Při zvýšené bakteriální kontaminaci vodního zdroje nebo pokud obsahuje patogenní mikroorganismy, enteroviry a cysty Giardia, které jsou odolné vůči tradiční chloraci, je ozon obzvláště účinný. Mechanismus působení ozonu na bakterie není dosud zcela objasněn, ale to nebrání jeho širokému využití. Ozon je mnohem silnější oxidační činidlo než chlor (v dávkách obou použitých činidel). Z hlediska rychlosti je ozón účinnější než chlór: dezinfekce probíhá 15–20krát rychleji. Ozon má destruktivní účinek na spórové formy bakterií, který je 300–600krát silnější než chlór. To je potvrzeno srovnáním jejich oxidačního potenciálu:

pro chlór Cl2 – 1,35 V,

ozon O3 má 1,95 V.

Nepřítomnost chemikálií ve vodě, které rychle reagují s ozonem, umožňuje efektivní destrukci při koncentraci rozpuštěného ozonu 0,01–0,04 mg/l. Ke zničení bakterií dětské obrny (kmeny Le a Mv) je nutné vystavit vodu působení chlóru na 1,5–3 hodiny v oxidační dávce 0,5–1 mg/l. Ozon přitom tyto bakterie zničí za 2 minuty při koncentraci ve vodě 0,05–0,45 mg/l. Je třeba poznamenat, že ozon má tak důležitou vlastnost, jako je jeho antivirový účinek. Enteroviry, zejména ty, které se vylučují z lidského těla, se dostávají do odpadních vod, a proto se mohou dostat do zdrojů povrchových vod používaných pro zásobování pitnou vodou. Výsledek četných studií prokázal: zbytkový ozón v množství 0,4–1,0 mg/l udržovaný po dobu 4–6 minut zajišťuje zničení patogenních virů a ve většině případů je taková expozice zcela dostatečná k odstranění všech mikrobiálních kontaminantů. Ve srovnání s použitím chlóru, který zvyšuje toxicitu čištěné vody, určovanou hydrobionty, použití ozonu pomáhá snižovat toxicitu.

Z hygienického hlediska je ozonizace jedním z nejlepších způsobů dezinfekce pitné vody. S vysokým stupněm dezinfekce zajišťuje její nejlepší organoleptické vlastnosti a nepřítomnost vysoce toxických a karcinogenních produktů v čištěné vodě. Významnou nevýhodou metody je nedostatek dlouhodobého, prodlouženého účinku, na rozdíl od chlorace.

Odbarvení vody ozónem

Barva vody je charakteristická pro přírodní prameny obsahující příměs bažinných vod. Vždy obsahují huminové látky, reprezentované fulvovými kyselinami a koloidními částicemi huminových kyselin, které vodě dodávají nažloutlý odstín různé intenzity. Odolnost huminových látek vůči oxidačním činidlům je různá. Rozpuštěné látky (humáty) nacházející se v přírodních vodách jsou poměrně snadno oxidovány ozonem. Mezitím pokles barvy o 1 stupeň způsobený fulvokyselinami vyžaduje 1,5krát více ozónu než huminové kyseliny. Účinnost úpravy vody ozonem závisí také na přirozeném složení huminových sloučenin, jejichž odolnost vůči ozónu je různá. Při ozonizaci se relativní úbytek barvy zvyšuje s rostoucí hodnotou pH. Pokles barvy vody na 1 mg/l vneseného ozonu při pH 3 je 0,5 stupně, při pH = 7–1,1 stupně a při pH 8 se barva zvýší na 1,8 stupně. Snížení teploty vody mezi 40 a 5 °C také zvyšuje bělicí účinek ozónu. Se zvyšujícím se stupněm odbarvení se zvyšuje specifická dávka ozónu na 1 stupeň odstranění barvy.

Odstraňování železa a manganu z vody ozónem

Pokud je železo nebo mangan ve vodě obsažen ve formě organických sloučenin nebo koloidních částic, pak odželezňování vody běžnými metodami (aerace, vápnění nebo kationizace) selhává. V takových případech je vhodné použít ozón. Oxidační proces zajišťuje přeměnu sloučenin železa a manganu na nerozpustné formy, proto je nutná následná filtrace vody, aby se zbavila srážení. V tomto případě je zapotřebí jeden hmotnostní díl ozonu na jeden hmotnostní díl železa nebo manganu.

Odstranění chutí a pachů z vody

Nepříjemná chuť a zápach některých přírodních vod je způsobena přítomností sloučenin minerálního a organického původu, které jsou v rozpuštěném nebo koloidním stavu. Oxidace těchto sloučenin vede k jejich rozkladu a je doprovázena vymizením chuti a zápachu. Díky své vysoké oxidační schopnosti je ozon schopen působit na sloučeniny, které nejsou náchylné k působení jiných chemických činidel. Tyto sloučeniny zahrnují: sloučeniny síry a kyanidu, fenoly a další látky, které mohou způsobit nepříjemný zápach ve vodě. Úprava vody s přebytkem ozónu nemá žádné nežádoucí důsledky: přebytek ozónu, který je nestabilní, se během několika minut změní na kyslík. Chlór na rozdíl od ozonu vytváří s některými látkami složité sloučeniny, které způsobují štiplavý zápach. Typickým příkladem je chlorace vody obsahující fenoly. V tomto případě získává chlorovaná voda velmi nepříjemnou chuť a vůni, i když jsou fenoly přítomny v nepatrném (1:100 000) poměru.

Vlastnosti ozonizace vody

Metoda ozonizace je technicky složitá, vyžaduje vysokou spotřebu energie a použití složitého zařízení, které vyžaduje vysoce kvalifikovanou údržbu. Je nutné vzít v úvahu některé vlastnosti ozonizace. Nejprve si musíte pamatovat na rychlé ničení ozónu, to znamená absenci takového dlouhodobého účinku jako chlór. Ozonizace může způsobit (zejména u silně zabarvených vod a vod s velkým množstvím „organické hmoty“) tvorbu dalších usazenin, proto je po ozonizaci nutné zajistit filtraci vody přes aktivní uhlí. V důsledku ozonizace vznikají vedlejší produkty zahrnující: aldehydy, ketony, organické kyseliny, bromičnany (v přítomnosti bromidů), peroxidy a další sloučeniny. Při vystavení huminovým kyselinám, kde jsou aromatické sloučeniny fenolického typu, se může objevit fenol. Některé látky jsou odolné vůči ozónu. Tato nevýhoda je překonána zaváděním peroxidu vodíku do vody technologií firmy Degremont (Francie) v tříkomorovém reaktoru.