АОР и сточные воды. АОР в сельском хозяйстве

Озонирование в аквакультуре

Интернациональная группа исследователей (Tarik Nahir и другие) рассмотрела проблему массовой гибели креветок на фермах Мадагаскара и Мозамбика в сезоне 2011–2012 годов. Эта эпидемия сократила производство креветок на 80–90%. Речь идёт о заражении моллюсков так называемой вирусной болезнью «белых пятен». Установлено, что высокая скорость заражения связана с качеством воды в прудах для разведения креветок.

Авторы сравнивают метод дезинфекции воды с помощью хлора и приходят к выводу, что озонирование имеет в этом случае определённое преимущество. Такая технология предполагает ряд строгих требований к аппаратуре по производству озона и генераторам кислорода, которые должны работать бесперебойно во влажном тропическом климате. Рассматриваются различные схемы поддержания в воде необходимой концентрации озона и растворённого кислорода.

Каталитическое озонирование (КО)

Наиболее интересный раздел Конгресса — АОР, в частности, каталитическое озонирование (КО). Всего в разделе АОР более 30 докладов, непосредственно КО посвящены 10 работ.

В работе S.S. Sable и других с названием «Применение новых каталитических материалов для устранения органических загрязнителей, возникающих при каталитическом озонировании» авторы указывают, что образующиеся в процессе очистки высокотоксичные органические соединения должны быть устранены в обязательном порядке. Здесь речь идёт в первую очередь об очистке фармакологических стоков. В работе рассматривали целый ряд катализаторов на основе гидротальсита и шпинелей.

Очевидно, что наиболее предпочтительным выглядит Cu-Al оксидный катализатор. Все эти катализаторы эффективно (100%) устраняют выбранный загрязнитель — клофибриковую кислоту (clofibric acid, CFA). Авторы делают вывод, что в семействе рассмотренных катализаторов наибольшей активностью отличаются гидротальситовые и медь-шпинельные соединения.

Очистка муниципальных сточных вод

Группа французских исследователей изучала возможность устранения стойких микрозагрязнителей в сточных водах двух фармацевтических фабрик. Опираясь на патент TOCCATA, где используются процессы на поверхности катализаторов в виде таблеток, авторы изучают изменение таких важных параметров окисления, как растворённый органический углерод (DOC), растворённый неорганический углерод (DIC), окисленный неорганический углерод (IC).

Рассматривались три варианта воздействия на загрязнители: простое озонирование, простая адсорбция и каталитическое озонирование. Все эксперименты проводились в течение 130 минут в случае наличия твёрдой фазы и 70 минут в жидкой фазе. Показано, что кинетика озонирования отвечает псевдо-первому порядку, а кинетика адсорбции — псевдо-второму порядку.

Работа по детальному изучению процесса КО на γ-Al₂O₃ проведена большой группой французских учёных (12 сотрудников) из университета г. Монпелье. В качестве объекта для окисления был избран 2,4-диметилфенол (2,4-ДМФ), который является прочным органическим соединением. Простое озонирование и озонирование в присутствии γ-Al₂O₃ приводит к разрушению 2,4-ДМФ за 25 минут.

Введение γ-Al₂O₃ в процесс озонирования загрязнителя резко усиливает разрушение последнего. Общий органический углерод (TOC) увеличивается с 14% до 46%. Аналогичным образом химическое потребление кислорода (ХПК) возрастает с 35% до 75%.

Сравнительно небольшая станция водоподготовки (производительность по чистой воде 600 м³/час) в городе Sophia-Antipolis (34 тысячи жителей) была избрана для проведения экспериментов. В работающей станции использовалась традиционная технология водоподготовки: биоочистка, фильтры, хлорирование. Последний этап был заменён на озонирование + биофильтрацию.

Целью работы было установить, как такая система может устранять широкий спектр микрозагрязнителей, относящихся к разным классам веществ. Концентрация этих веществ не превышала 1000 мг/л, и все они подвергались непрерывному мониторингу. Доза введённого озона составляла 3–12 г/м³.

Из полученных данных следует, что лишь два загрязнителя (диурон и рокситромицин) удаляются сравнительно слабо (60%). Все остальные вещества имеют степень удаления от 70 до 90%. При дозе озона 5 г/м³ практически все загрязнители, такие как антибиотики и бета-блокаторы, удаляются с эффективностью свыше 70%. Для металлов — 25–35%.

Опыт Швейцарии: станция Neugut

Станция водоочистки в швейцарском городе Neugut обрабатывает сточные воды от 105 000 жителей. Там впервые в Швейцарии используется полномасштабная озоновая очистка, следующая за стандартной биологической обработкой. Заключительным этапом очистки является песчаный фильтр.

Озон производится из чистого кислорода и вводится в воду в смесительной камере. Средняя доза введённого озона лежит в пределах 2–5 мг/л, что приблизительно соответствует 0,4–1,0 g O₃/g DOC. Время удержания в камере — около 50 минут.

Целью работы было, во-первых, продемонстрировать эффективность озона для устранения загрязнений и, во-вторых, произвести мониторинг промежуточных продуктов, возникающих в процессе озонирования. Для оценки эффективности процесса озонирования были избраны 44 соединения: пестициды, фармацевтические препараты, отходы химических производств пищевой промышленности.

Ускорение разложения солнечным светом

В тексте Конгресса имеется три статьи, где рассматривается возможность использовать солнечный свет для устранения загрязнений из воды. Показано, что солнечный свет может ускорять разложение щавелевой кислоты в растворах с озоном при pH = 4 почти на 2 порядка.

Такое ускорение связано с тем, что щавелевая кислота очень медленно реагирует с озоном, но достаточно быстро разрушается OH*-радикалами. Последние возникают при участии молекул H₂O₂. Кинетика образования перекиси была надёжно зафиксирована в этой работе.

Производство озона высокой концентрации

Известные немецкие исследователи M. Selvermaser и N. Brugerman в своей статье ставят очень важный вопрос о получении в промышленном масштабе технологического озона с концентрацией ~15 вес.% (225 г/м³). Авторы подчёркивают, что технические возможности синтезировать такой озон имеются.

В конце этой интересной статьи авторы задаются такими вопросами: является ли значение 15% (225 г/м³) окончательным? Это безопасно — производить 100 кг/час озона с концентрацией 15%? Будет ли на рынке озон с концентрацией 15% и выше востребован? Это, так сказать, приглашение к дискуссии.

Озон в «зелёной химии»

Среди большого числа докладов, связанных с экологической миссией озона, выделяется работа французских исследователей, где сообщается о совсем другом, отчасти забытом применении озона — использовании его в качестве химического реактива-окислителя для синтеза определённых веществ.

Авторы отмечают, что озон имеет ряд преимуществ по сравнению с другими классическими окислителями. В случае озона не существует необходимости устранять продукты разложения самого окислителя — здесь это молекулярный кислород, поэтому такие процессы можно отнести к понятию «зелёной химии».

В работе рассматриваются два процесса: окисление жирных кислот (в частности, олеиновой) и окисление полисахаридов. Оба они воспроизводятся в полупромышленном масштабе, и авторы убеждены в преимуществах таких синтезов.