4.2. Озонирование


в отрегулированной системе обработка воды трех атомным кислородом или озоном снижает число свободно плавающих микроорганизмов. При обычных дозах и непродолжительном контакте Озонирование не снижает содержание растворенных органических веществ путем прямого окисления до CO2, как это принято думать и не переводит общий аммоний в более окисленные соединения, ?озонированию чувствительны органические соединения с двойными углеродными связями (C=C). Функциональные группы типов — SH; St; -NH2; — ОН н — CHO также подвержены действию озона.

При озо нировании одни органические соединения переходят в другие, и в результате содержание общего органического углерода (окисляемость) в воде не изменяется (Farooq et al., 1977 a; Nebel et al., 1973). После озонирования морской воды в аквариуме «Мистик Маринлайф» не наблюдалось снижения содержания общего органического углерода по сравнению с исходным (6,0 мг/л).
Хьюберс и др. (Huibers et al., 1969), Маккарти и Смит (McCarthy and Smith, 1974) и Небел и др. (Nebel et al., 1973) пришли к выводу, что озонирование не является нитрификационным процессом. Сингер и Зилли (Singer and Zilli, 1975) показали, что в пресной воде с рН от 7,0 до 9,0 слабая кинетика процесса препятствует переходу значительного количества аммония в нитраты. Сходный вывод можно сделать и для морской воды, хотя Хонн и Чавин (Honn and Chavin, 1976) coобщали, что после озонирования в замкнутой морской системе содержание аммония и нитритов снизилось, а нитратов — возросло. Таким образом, включение озона тора в систему сразу после биологического фильтра обеспечивало непосредственное окисление аммония и нитритов. Однако прямых кинетических исследований не проводилось, и поэтому говорить о прямом окислении неорганического азота при озонировании морской ВОДЫ преждевременно.
Факторы, влияющие на эффективность дезинфекции. Эффективность озона как дезинфицирующего средства зависит в основном от времени контакта и остаточной концентрации недиссоциированного О. Поддерживать остаточное содержание Озона на одном уровне трудно, поскольку он очень нестабилен, а его окислительная сло собность часто расходуется не только на живые микро организмы, но и на другие субстанции. Таким образом, эффективность поражения микробов определяется степенью диссоциации од после попадания его в контактную камеру.
Содержание POB, BOB (в том числе микроорганизмы), pH и ионная сила воды влияют на потребление Озона в аквариальной воде и уменьшают количество Оз, необходимое для дезинфекции. Увеличение какого-либо из этих параметров приводит к соответствующему увеличению порогового уровня Оз, необходимого для дезинфекции. На эффективность дезинфекции непосредственное влияние оказывает также температура воды. Фарук и др. (Farooq et al., 1977 5) показали, что при повышен ной температуре число пораженных микроорганизмов возрастает. Из их опыта (рис. 4.3) следует, что при постоянном уровне остаточного озона (0,57 мг/л) эффективность дезинфекции воды увеличивалась с возрастанием температуры (9, 20, 30, 37°С).
с возрастанием рН диссоциация Молекул озона ускоряется, однако зависимость эффективности дезинфекции воды от pH носит непрямой характер (Farooq et al., 1977 a) и число пораженных микроорганизмов больше зависит от уровня остаточного озона, чем от рН. На рис. 4.4 показано, что выживаемость дрожжевого гриб кa Mycobacterium fortuitum при постоянном содержании остаточного озона и четырех уровнях рН была одинаковой.

Влияние pH на выживаемость дрожжевого грибкa


Рис. 4.4. Влияние pH на выживаемость дрожжевого грибкa Mycobacterium fortuіltum при постоянном содержанни ота
Точного озона и различной про о 20 40 60 80 100 120 должительности контакта (циф
ры в скобках то же, что и на Продолжительность контакта,
рис. 4.3.)
 
часть BOB, a BOB в любых формах снижает дезинфицирующую способность озона.
Увеличение ионной силы аквариумной воды повышает потребность воды в озоне, поскольку при этом возра стает число способных окисляться неорганических ионов. Из-за высокого содержания неорганических солей поддерживать концентрацию остаточного озона на опредетенном уровне в морской воде гораздо сложнее, чем в пресной.
Устройство озонаторов. Отсутствие необходимой информации затрудняет создание озонаторов для аквариумных систем. Некоторые сведения можно почерпнуть из технической литературы по промышленному обеззараживанию воды, но только в том случае, если в опытах не использовалась дистиллированная вода. Работы по дезинфекции морской воды озоном малочисленны, а дезинфекция озоном аквариумной воды вообще не рассматривалась. Хонн и другие (Honn et al., 1976) описывают конструкцию Озонатора для замкнутых аквариальных систем, работающего по принципу тихого разряда, но не приводят сведений по дезинфекции воды. Воспри ИМЧИВость патогенных организмов к озонированию систематически не изучалась. Почти во всех случаях объектами исследований были бактерии, а простейшие и другие инфекционные и паразитические организмы не рассматривались. Конрад и др. (Conrad et al., 1975) сообщили, что после озонирования число бактерий Flexibacter columnaris в воде пресноводного лососевого питомника уменьшилось, однако применявшиеся дозы и продолжительность контакта не указаны. Ведемейер и Нельсон (Wedemeyer and Nelson, 1977) описали действие озонированной воды на две патогенные для рыб формы бактерий Aeromonas salmonicidа и возбудителя эрозии рта (болезнь «красный рот»). Оба вида представляют опасность на лососевых хозяйствах. В дистиллированной воде с добавлением фосфатного буфера, где не происходило побочного потребления озона, бактерии, вызывающие эрозию рта, полностью погибали спустя 0,5 мин при остаточном содержании Озона 0,01 мг/л, а A. salmonicida — спустя 10 мин. Чтобы обеспечить 100% -ную гибель А. salmonicidа за 0,5 мин потребовалась доза остаточного озона 0,04 мг/л. Для полного уничтожения обоих видов бактерий в течение 10 мин в озерной воде (мягкой и жесткой) потребовалась значительно большая доза остаточного озона (90 мг/л). ?ак и следовало ожидать, в жесткой воде дезинфекция затруднена.
По концентрации бактерий и BOB аквариумную воду при высокой плотности посадки рыбы можно сравнить с водой низкого качества из естественных поверхностных источников, а при низкой плотности — с поверхностной водой высокого качества. Для дезинфекции таких вод Маккартн н Смит (McCarthy and Smith, 1974) рекомендовали дозу озона 0,5—4,0 мг/л при продолжи тельности контакта 5—10 мин. До получения новых данных эти значения можно принять за основу при обработке пресноводных, солоноватоводных и морских аквариумов. При этом следует иметь в виду, что паразитические простейшие, по-видимому, более устойчивы к озонированию по сравнению с мелкими вирусами и бактериями.
Для дезинфекции аквариумной воды применяют озонаторы двух типов: ультрафиолетовые и тихого (электрического) разряда. Озонатор второго типа показан на рис. 4.5. Ультрафиолетовые озонаторы применяют, ког да требуется невысокая концентрация озона, например для домашних аквариумов. Если в качестве исходного газа используют кислород, то в зависимости от размеров
"ультрафиолетовые озонаторы обеспечивают выход озона от 1 до 10 мг/л (1,0 мг/ч). Если в качестве сырья используется атмосферный воздух, то выход озона примерно на 50 % меньше. В зависимости от конструкции Озонатора по ток исходного газа проходит непосредственно мимо уф
лампы или попада

Внешний вид лабораторного генератора озона тихого разряда

Рис. 4.5. Внешний вид лабораторного генератора озона тихого разряда 


ный выход озона в ультрафиолетовых озонаторах зависит от общего эффективного излучения, испускаемого в диапазоне 1000—2000 А, который в свою очередь определяется устройством УФ-лампы, ее общей поверхностью излучения, силой тока, видом исходного газа (кислород или атмосферный воздух), давлением газа под корпусом лампы или в разрядной камере, температурой исходного газа.
Озонаторы тихого электрического разряда применяются в больших демонстрационных аквариумах или на рыбоводных хозяйствах, т. е. там, где потребность в озо не велика. Тихоразрядные озонаторы могут производить до 6% озона на 1 Вт энергии, однако наиболее экономичный выход получается при выработке 1—3% озона на Вт. Принцип работы озонатора тихого разряда со стоит в приложении переменного напряжения к двум электродам, разделенным изолятором или диэлектриком в разрядной камере (рис. 4.6). Диэлектрик необходим для образования озона, в противном случае между электродами просто возникнет нcкpa Hли дуга. Кроме того, направление тока должно изменяться, поскольку проникнуть через диэлектрик электроны не могут. В течение половины цикла переменного тока изоляционный материал собирает электрические заряды на своей поверхности, а при перемене полярности испускает их, Во время работы озонатора в разрядной камере образуется рассеянное свечение или корона.
Принципиальная схема озонатора
Рис. 4.6. Принципиальная схема озонатора
 
Электроды обычно изготовляют из нержавеющей стали или алюминия, в качестве диэлектрика применяют боросиликатное стекло. Один из электродов соприкасается со стеклянным диэлектриком, а разрядная камера находится между диэлектриком и вторым электро дом (см. рис. 4.6). При напряжении менее 1500 В высота разрядной камеры обычно составляет 1—3 ММ. Большая часть поступающей электрической энергии в озона торах Тихого разряда превращается в тепловую, поэтому необходимо предусмотреть приспособление для охлаждения подаваемого газа, если его напор недостаточно велик. Однако следует помнить, что слишком большая подача воздуха снижает эффективность процесса образования озона.
Выход озона в Озонаторах тихого разряда зависит от концентрации кислорода в поступающем газе, температуры газа, величины его напора, максимального напряжения, частоты тока, емкости разрядной камеры, давления газа в разрядной камере и емкости диэлектри ка. При прочих равных условиях для озонатора такой конструкции выход озона является функцией плотности тока (Rosen, 1973).
в литературе по крупным очистным сооружениям содержатся упоминавшиеся в начале этой главы рекомендации по оптимальным дозам озона и продолжи тельности контакта, однако эти данные неприменимы к малым объемам воды по двум причинам. Во-первых, количества оз, вырабатываемого ультрафиолетовыми озонаторами, достаточно для дезинфекции лишь очень не больших объемов воды. Во-вторых, существующие конструкции озонаторов непригодны для малых аквариумов. Типичным примером являются пеноотделительные колонки (см. рис. 3.10 и 3.11), в которые вместо воздуха подается озонированная газовая смесь. Впервые их устройство описал Сандер (Sander, 1967), который рекомендовал использовать колонки в качестве озонаторов, но оказалось, что они неспособны обеспечить необходимый контакт газа с водой даже в течение рекомендованных 5 мин. Более того, если озона вырабатывается достаточно для обезвреживания микроорганизмов, суще ствует опасность, что избыток его окажется опасным для рыб и беспозвоночных в аквариуме. Тот факт, что жи вотные в небольших аквариумах редко поражаются озоном, свидетельствует о неэффективности Озонато ров и ненадежности обработки воды малыми дозами (озона.