Обработка сильными окислителями

Окислители применяют в практике очистки питьевой воды для обеззараживания и улучшения ее органолептических показателей.

Выбор окислителя для очистки питьевой воды от химических загрязнений является наиболее важным. При этом необходимо учитывать не только величину окислительно-восстановительного потенциала каждого окислителя, но также и другие факторы, оказывающие существенное влияние на эффективность очистки: степень и характер химического загрязнения воды, ее состав, наличие природных соединений, таких, как гуминовые и сложные фенолы, способные окисляться, величина рН воды и т. д. Также должна учитываться способность некоторых окислителей к реакциям замещения с включением молекул окислителя в образующиеся химические вещества, в результате чего в воде могут появиться нежелательные и даже опасные соединения. Так, при обработке хлором воды, содержащей фенолы, могут образовываться хлорфенолы, придающие ей резкий неприятный запах. Известны также и токсичные хлорорганические соединения (хлорированные углеводороды).

Основным условием успешного применения окислителей является глубокое окисление химических веществ, т. е. до стадии образования карбоновых кислот. Однако необходимость дозирования окислителей в точном соответствии с уровнем и видом загрязнения воды, а также сложность и длительность химических анализов зачастую не позволяет выдерживать на практике эти условия. Поэтому применение окисления как самостоятельного метода для устранения органических загрязнений из воды может быть допущено только в том случае, если уровень загрязнения колеблется незначительно, не выходит за границы «критической» концентрации и существует уверенность, что в результате окисления не будут образовываться неблагоприятные в органолептическом отношении или опасные для здоровья населения продукты трансформации химических веществ.

В практике водоподготовки в основном применяют следующие окислители: озон, перманганат калия, хлор и его производные.

Озонирование

Озон является наиболее сильным из всех известных в настоящее время окислителей. Одним из его преимуществ с гигиенической точки зрения является неспособность в отличие от хлора к реакциям замещения, о которых указывалось выше. Особенностью озона является то, что он быстро разлагается. С одной стороны, это вызывает некоторые технические трудности, а с другой — создает определенные преимущества, так как даже при некотором передозировании остаточные количества его не могут быть велики, не требуется его устранения. Тем не менее, введение излишне больших доз озона при обработке питьевой воды не рекомендуется, поскольку после нее вода может приобретать неприятный ароматический запах.

Благодаря высокому окислительному потенциалу озон окисляет вещества, обусловливающие привкусы и запахи, которые обычно не окисляются другими реагентами. Длительность контакта озона с водой не превышает 10–15 мин; дополнительные соединения при этом не образуются. Озон ограниченно растворим в воде, и его растворимость значительно уменьшается при повышении температуры. Поэтому, несмотря на сильные окислительные свойства, при большом загрязнении воды органическими веществами озон не дает хорошего дезодорирующего эффекта. Углеводороды нефти окисляются озоном в карбоновые кислоты ступенчато: в качестве промежуточных продуктов образуются альдегиды и кетоны, часто обладающие сильным и неприятным запахом и привкусом. Из этого следует, что высокий дезодорирующий эффект возможен лишь при окислении не только исходных веществ, но и промежуточных продуктов реакции. Однако, за время обработки воды озоном это в ряде случаев не достигается. Поэтому применение озона наиболее эффективно для очистки мало загрязненных природных вод.

Дозирование перманганата калия

Перманганат калия является менее сильным окислителем, чем озон, он не вступает в реакции замещения. К недостаткам перманганата калия следует отнести его сравнительно высокую стоимость, дефицитность, а также опасность появления остаточных концентраций, поскольку марганец нормируется в питьевой воде до 0,1 мг/л.

Действие обычных доз хлора на вещества, придающие воде привкусы и запахи, можно усилить добавлением 0,3-05 мг/л перманганата калия перед или после введения хлора.

В первом случае перманганат калия разрушает органические вещества, вступающие в реакцию с хлором и образующие хлорпроизводные с резким неприятным запахом, во втором — он разлагает образовавшиеся хлорпроизводные. Перманганат калия добавляют до введения хлора при наличии в воде фенолов. Другие реагенты (коагулянт, активированный уголь) при этом следует вводить не ранее, чем через 10–15 мин после добавления перманганата.

Для устранения привкусов и запахов перманганат калия можно применять самостоятельно. Его дозу в этом случае определяют по показателю перманганатной окисляемости воды, характеризующему загрязнение органическими веществами.

При наличии очень сильных запахов и привкусов допускается применение и больших доз реагента, однако, они должны быть обоснованы технологическими исследованиями.

Дозирование хлора и хлорпроизводных

Хлор — наиболее дешевый и распространенный из указанных выше окислителей, хотя его окисляющая способность значительно слабее. Хлорирование продолжает оставаться самым распространенным способом обработки воды в мире, поскольку хлор обладает пролонгированным действием, что исключает возможность повторного заражения воды при транспортировке потребителям.

Недостатком хлора является его способность вступать в реакции замещения, в результате чего могут образовываться нежелательные соединения. Небольшие дозы хлора обычно усиливают запахи и привкусы, особенно при наличии в воде фенолов вследствие образования моно-, ди- и трихлорфенолов, обладающих сильным неприятным запахом. Поэтому в данном случае либо увеличивают окислительно-восстановительный потенциал системы «природная вода — хлор», применяя перехлорирование. Перехлорирование воды большими дозами хлора (8-14 мг/л) обусловливает окисление фенолов до малеиновой и угольной кислот, не имеющих неприятного запаха.

Применение жидкого хлора требует обязательного соблюдения «Правил по производству, транспортированию, хранению и потреблению хлора», в связи с чем затраты на обеспечение мер безопасности при использовании жидкого хлора могут многократно превышать затраты на сам процесс хлорирования. Затраты же на ликвидацию последствий возможной разгерметизации многотонных запасов жидкого хлора вообще не предсказуемы.

Поэтому в качестве альтернативы жидкому хлору все чаще выступает гипохлорит натрия (ГПХН), который является наиболее предпочтительным реагентом на стадии предварительного окисления и последующего обеззараживания питьевой воды перед подачей её в распределительную сеть. Применение вместо жидкого хлора раствора гипохлорита натрия практически не вносит изменений в отработанную технологию. Вместе с тем, возможность размещения складов ГПХН в непосредственной близости от станции очистки и обеззараживания воды, а не на отдельной площадке, повышает оперативность управления технологическим процессом, а также практически исключает риск масштабных аварийных ситуаций, которые имеют место при использовании жидкого хлора.

При наличии в воде только одноатомных фенолов целесообразно обрабатывать ее диоксидом хлора, требуемая доза которого для дезодорации в этом случае примерно в четыре раза меньше, чем хлора, что объясняется образованием не хлорфенолов, а хинонов и хлорированных хинонов.