Обеззараживание

Озонирование как мощное и универсальное средство обеззараживания воды нашло применение в различных отраслях пищевой промышленности. Насыщенная озоном вода стерилизуется сама и является стерилизующим агентом для поверхностей, с которыми соприкасается.

Повысить срок хранения продуктов без использования консервантов и значительно повысить их качество позволяет обеззараживание озоном. Установки озонирования воды могут быть использованы для обеззараживания (обработки) поверхностей, соприкасающихся с пищевыми продуктами, тары для консервирования, мытья рыбы и других продуктов, а также обеззараживания воды для производства пищевого льда, бутилируемой воды и других напитков.

Сфера применения установок озоновой очистки и обеззараживания воды очень широка. Основным мотивом применения озона для обеззараживания воды является экологическая чистота этой технологии малое время жизни озона в воде и практическая неспособность к созданию новых токсичных соединений (в отличие от хлора, гипохлорита и т.п.) что будет описано ниже.

Озон, как инактиватор микрофлоры

Как уже упоминалось выше, озон обладает мощным бактерицидным и вирулентным (инактивирующим вирусы) действием.

В научной литературе (особенно популярной) часто утверждается, что озон действительно дезактивирует бактерии и вирусы сильнее, чем хлор (и это будет проиллюстрировано ниже), но к количественным оценкам этого преимущества необходимо относится с определенными оговорками.

В настоящее время при оценке эффективности того или иного дезинфектанта используется так называемый СхТ критерий, т.е. произведение концентрации реагента на время действия. Можно сказать, что:

ВОЗДЕЙСТВИЕ (ИНАКТИВАЦИЯ) = Концентрация * Время воздействия

В таблице 1.1. представлены для сравнения значения СхТ критерии для различных микроорганизмов - дезинфицирующих агентов.

Таблица 1.1. Значение СхТ критерия для различных микроорганизмов 
(99% инактивации при 5-25 °С. СхТ критерий (Мг/л •мин)

Вид микроорганизмов Озон рН:6/7 Свободный хлор рН:6/7 Хлорамин рН:8/9 Двуокись хлора рН:6/7
Е-coli 0.02 0.03-0.05 95-180 0.4-0.75
Полиовирусы 0.1-0.2 1.1-2.5 770-3470 0.2-6.7
Ротавирусы 0.006-0.06 0.01-0.05 3810-6480 0.2-2.1
Гардиалямблацисты 0.5-0.6 47-150 - -
Гардиамюрисцисты 1.8-2.0 30-630 1400 7.2-18.5
Криптоспоридиум 3.2-18.4 7200 7200 78

Очевидно, что озон превосходит такие дезинфектанты как хлор, хлорамин и двуокись хлора, но по разному для различных патогенов. Для такого патогенна как кишечная палочка (Е-coli) озон более эффективен, чем хлор, но не намного. В то же время для криптоспоридиума отношение СxТ критериев этих дезинфекторов приближается к 1000. В принципе озону могут составить конкуренцию при обеззараживании воды такие дезинфицирующие реагенты как хлор, бром, йод, двуокись хлора и серебро.

Молекулярный газообразный хлор, растворяясь в воде, распадается, производя хлористую кислоту HOCl, которая, в свою очередь, диссоциирует в воде на анион СlО- и катион Н+. Степень этой диссоциации определяется кислотностью среды. Установлено, что при рН = 8 концентрация недиссоциироавшей кислоты ≈ 20%, а при рН = 7, концентрация НСlО ≈ 80%. Так как сильным бактерицидным действием при обеззараживании воды обладает именно НСlО, то при использовании хлора (даже в виде гипохлорита) необходимо поддерживать оптимальное значение рН.

Йод, как дезинфектант, используется для инактивации микрофлоры в небольших системах водоподготовки и иногда в плавательных бассейнах небольшого объема. По своим дезинцифицирующим свойствам йод слабее хлора и тем более озона, но он более удобен в транспортировке.

Бром, в принципе, может использовать для целей дезинцификации, однако, в присутствии других окислителей он образует броматы, производные кислоты HBrO3, которые являются весьма вредными и им соответствует низкое значение ПДК. Серебро – экзотический, но весьма слабый дезинфектант, и используется редко.

Кроме того, в последнее время отечественная и зарубежная промышленность предлагает ряд органических веществ, обладающих сильным дезинфицирующим действием. Однако при обеззараживании воды или воздуха, все они имеют те или иные недостатки и большого распространении до настоящего времени не нашли.

Таким образом, реальным конкурентом озону может быть только хлор, но, у хлора есть существенные недостатки:

  • Долгое время использовался жидкий хлор из баллонов под давлением, что являлось большой проблемой с точки зрения безопасности. В настоящее время хлор получают или используют гипохлорит, который, растворяясь в воде, создает необходимую концентрацию свободного хлора. Надо отметить, то под термином "свободный хлор" понимают концентрацию хлорноватистой кислоты HСlO. Использование гипохлорита при обеззараживании вызывает необходимость в хранении запаса реагента, но гипохлорит при хранении разлагается, и содержание свободного хлора падает;
  • Одно из основных неприятных свойств хлора, заключается в том, что при его реакциях с большинством органических соединений возникает целый спектр хлорорганических производных, большинство из которых сильно ядовиты.

Хлорфенолы и особенно полихлорфенолы, некоторые из последних, так называемые диоксины, являются одними из сильнейших известных в настоящее врем органических ядов, причем действие этих токсинов заключается в разрушении иммунной системы человека, так что говоря о диоксинах иногда используют термин "химический СПИД".

Хлор очень легко взаимодействует с аммиаком, образуя хлорамины. Эти вещества обладают весьма слабым дезинфицирующим действием, но чрезвычайно сильно раздражают слизистые оболочки глаз и носоглотки.

Хлорамины часто называют "связанным хлором". Этот связанный хлор в 5-10 раз более сильный раздражитель, чем свободный хлор.

Озон также может образовывать промежуточные соединения (by products) при озонировании газовых и конденсированных сред. Теоретически можно допустить, что образующиеся by products более токсичны, чем озон.

Эта проблема была предметом исследований многих ученых всего мира. Концентрации и состав промежуточных веществ, возникающих при озонировании, сильно зависят от того, озонируется ли питьевая или сточная вода. Безусловно, в первом случае образуется гораздо меньше промежуточных соединений и состав их более очевиден. Можно резюмировать достаточно согласующиеся результаты многолетних исследований следующим образом:

  • В подавляющем большинстве случае промежуточные продукты окисления загрязнителей озоном менее токсичны, чем исходные ингредиенты;
  • Прямое сопоставление промежуточных веществ, образующихся при сравнительных экспериментах, по хлорированию и озонированию показало, что в первом случае образуется гораздо больше нежелательных by products (промежуточных продуктов реакции).

Прямое сопоставление хлора и озона в качестве дезинфектантов микрофлоры при обеззараживании воды, делалось в многочисленных экспериментальных исследованиях и на работающих водоочистительных станциях.

Отметим лишь некоторые из известных работ:

Риденор и Инголс из США обрабатывали хлором и озоном суспензии e-coli в дистиллированной воде при Нр = 6.8 и температура 1 ºС. В этих условиях бактерицидные дозы, вызывающие гибель 99% колоний e-coli составляли для хлора 0.25-0.3 мг/л за 16 мин, а для озона 0.5 мг/л за 1 мин.

М. Кейн и Глекнер изучали действие озона и хлора на цисты (плотные оболочки, образующиеся вокруг одноклеточных организмов) Endamoeba hystolica и на бактерии, сопутствующие этим культурам. Установлено, что время, необходимое для уничтожения этих организмов при остаточной концентрации озона 0.3 мг/л составляет 2-7.5 мин, а для хлора (остаточная концентрация 0.5-1 мг/л) гораздо больше – 15-20 мин.

Вирусологи США и Германии в 40х-60х годах провели ряд исследований с суспензиями вируса полиомиелита в целях его инактивации с помощью хлора, озона и двуокиси хлора.

Выводы из этих исследований могут быть представлены в следующем виде:

  • Вирус полиомиелита хлором достигается дозой 0.1 мг/л при температуре воды 18 ºС, при температуре воды 7 ºС доза хлора должна быть не менее 0.25 мг/л;
  • Инактивация вируса с помощью озона достигается дозой 0.1 мг/л при температуре воды 18 ºС, для холодной воды -7ºС доза должна быть повышена до 0.15 мг/л;
  • При использовании двуокиси хлора необходимо использовать дозу 0.6 мг/л (18 ºС). Обеззараживание воды с температурой 7 ºС доза двуокиси хлора должна составлять 1 мг/л.

По данным Науманна возбудители полиомиелита уничтожаются озоном за 2 мин при концентрации 0.45 мг/л, тогда как при хлорировании дозой 1 мг/л для этого требуется 3 часа.

По мнению ряда авторов озон успешно устраняет микроводоросли и простейшие активнее, чем хлор. Так озон при концентрации 15 мг/л за 3 мин разрушает виды простейших, которые сохраняют свою активность при обработке воды дозой хлора 250 мг/л в течение продолжительного времени.

Личинки моллюска дрейсены при дозе озона 0.9-1.0 мг/л погибли на 90%, при дозе 2 мг/л – 98%, при дозе 3 мг/л – полностью. Взрослые формы моллюска погибали при более длительной обработке озонированной водой (до 30 мин).

Правда, цветущие водоросли, обычно бурно размножаются в открытых бассейнах на солнечном свете, слабо подвержены действию озона. Здесь используют ударные дозы хлора. Эту обработку проводят обычно ночью при профилактической чистке таких бассейнов.

Многолетняя история использования этих двух дезинфектантов на больших водоочистных станциях содержит богатый фактический материал, позволяющий судить об их преимуществах и недостатках. В упоминавшейся уже книге "Озонирование воды" приводится ряд интересных примеров.

Так за время длительной эксплуатации станции в Ницце в озонированной воде никогда не обнаруживалось появление бактерий Escherichia coli и Clostridium pertringers.

На фильтровальной станции Бельмонт в Филадельфии (США) обеззараживание воды озоном показало результаты по устранению e-coli более успешно, чем результаты достигнутые при хлорировании.

Исследования по обеззараживанию воды озоном проводились на Восточной водопроводной станции в г. Москва. Эффект обеззараживания воды при содержании общего количества бактерий в 1 мл 800-1200 ед. составляет: при дозе озона 1 мл/л 60-65%, при дозе 2 мл/л – 85%, при дозе 3 мл/л – 90-95%. Приемлемой дозой озона следует считать 3-4 мл/л.

На Рублевской водопроводной станции (г. Москва) проводили озонирование воды реки Москвы. Общее число бактерий в 1 мл воды после введения озона снижалось на 92-99% в пределах времени от 1-25 мин. Бактерицидная доза озона соответствовала такой, после обработки, которой нельзя было обнаружить e-coli в 500 мл. воды. Повышение мутности с 6.8 до 12 мг/л и цветности с 3.2 до 18 гред. требовало увеличения бактерицидной дозы озона с 3.2 до 4.1 мг/л.

Cопоставляя работу французской станции водоподготовки в Сен-Мор и станции в Чикаго (США) В. Ф. Кожинов отмечает, что в первом случае болезни "водного происхождения" были зарегистрированы лишь в 1 случае на 100 тыс. жителей, хотя концентрация остаточного озона в воде не превышала 0.05 мг/л.

В то же время в Чикаго имели место вспышки желудочно-кишечных заболеваний, несмотря на весьма значительное содержании хлора в водопроводной воде.

Один из крупнейших гигиенистов прошлого века М. Т. Б. Уайтсон высказал на международном конгрессе по водоподготовке в Стокгольме (июль 1964 г.) такое мнение: "Наиболее существенным возражением против озонирования обычно считают отсутствие остаточного озона в разводящей водопроводной сети, тогда как при хлорировании в сети может быть обнаружен остаточный хлор." Эксперименты, проведенные в г. Аштоне (Англия) показали, что в обеззараженной озоном воде, циркулирующей в исправной водопроводной сети трубопроводов, не происходит ухудшение ее качеств. Контрольные пробы озонированной воды, взятые из сети, оказались совершенно равноценными пробам, содержащим остаточный хлор в воде, взятых из других источников. Установлено также, что небольшие количества остаточного хлора, имеющиеся в трубопроводах не могут оказать никакого обеззараживающего действия на загрязнения, вызванные повреждениями коммуникаций. Т. е. присутствие остаточного хлора в трубопроводах еще не означает непременной бактериальной чистоты воды, хотя зачастую ее считают именно такой.

Один из авторов этого обзора обсуждал данную проблему с ведущими работниками цюриховского водопровода, и они подтвердили мнение М. Т. Б. Уайтсона, что при использовании чистых труб в водопроводных сетях, повторного заражения обеззараженной озоном воды не происходит.

Даже из этого краткого сопоставления озона с другими окислителями-дезинфектантами преимущества озона бесспорны.

Подводя некоторый итог предельно краткому сопоставлению озона, хлора и двуокиси хлора как агента для очистки и обеззараживания воды отметим, что в определенном смысле этот спор был решен самой жизнью. Действительно опыт работы водоочистительных станций использующих озон и хлор полностью свидетельствует в пользу озона.


Возврат к списку

Технологии