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.
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
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. 
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.