Використання озону

Введення

Озон - високоефективне і універсальне окислюються речовини, що використовується в обробці води з метою дезінфекції, видалення марганцю і заліза, поліпшення смаку, усунення кольору і запаху, а так само для видалення органічних сполук, небезпечних для навколишнього середовища.

Озон (О ₃₎ є трьохатомний модифікацією кисню (О _2), який за нормальних умов являє собою газ. Озон - дуже сильний окислювач, тому його реакції зазвичай дуже швидкі і повні. Основні переваги застосування озону для обробки питної води містяться в самій його природі: результатом його реакції є тільки кисень і продукти окислення. Шкідливі побічні продукти, такі як хлорорганічні сполуки, при цьому не утворюються.

Газ блакитного кольору озон (О ₃₎ має характерний запах. Молекула озону нестабільна. Завдяки властивості саморозпаду озон є сильним окислювачем і найбільш ефективним засобом для очищення та знезараження води і повітря. Сильні окисні властивості дозволяють використовувати озон в промислових цілях для отримання багатьох органічних речовин, для відбілювання паперу, масел і т.д. Широко використовується озон для видалення марганцю і заліза, поліпшення смаку, усунення кольору і запаху, а також для видалення органічних сполук, небезпечних для навколишнього середовища. Він вбиває мікроорганізми, тому озон застосовують для очищення води і повітря. Установки з очищення води та повітря озонуванню отримали величезне поширення не тільки в промисловості, а й у побуті.

1. Очищення води озоном

В даний час відомі декілька способів зробити воду чистою, проте очищення озоном визнана найефективнішим методом. Вплив озону грунтується в першу чергу на процесах окислення. Очищенню озоном піддаються більшість невластивих воді домішок. Поряд із знезараженням, озонування призводить до поліпшення смаку, знищення запахів води. При цьому шкідливі побічні продукти, наприклад як при хлоруванні, не утворюються.

Універсальне окислюється речовини озон володіє сильною перевагою з гігієнічної точки зору. Воно міститься в самій його природі: особливість озону в його швидкому розкладанні у воді (10-15 хв.) З утворенням кисню і нездатність до реакцій заміщення (сторонні домішки не вносяться). Це означає, що озон має повну екологічною безпекою.

Природний реагент озон в штучних умовах отримують як в природі під час грози - за допомогою «тихого» електричного розряду в озонаторах. Так як озон є нестабільним речовиною, особливість виробництва озоно-повітряної суміші в тому, що його застосовують у місці безпосереднього отримання.

Традиційно озон використовується:

Для підготовки питної води.

Для відбілювання целюлози.

Для очищення стічних вод.

До недавнього часу використання озону було економічно виправдано лише у відносно великих системах. Розробка та випуск недорогих генераторів озону і відповідного допоміжного обладнання спростили використання озону і в невеликих установках. Екологічно чисті технології з використанням компактних генераторів озону стали тепер загальнодоступними. Озон в приготуванні питної води. Озон в невеликих дозах гарантовано дезінфікує воду і видаляє мікрозагрязненія і небажані домішки в установках приготування питної води в готелях, на борту суден, в окремих житлових кварталах і селищах. Озон ідеально підходить для обробки питної води. Одне з головних напрямів використання озону, з якого на початку XX століття і почалося його використання для очищення питної води - це дезінфекція. Російські норми встановлюють час контакту озону з водою для цілей дезінфекції рівним 12 хвилинам (Методичні рекомендації щодо забезпечення виконання вимоги СанПіН 2.1.4.559-96. / Госстрой Росії, НІІКВОВ - ГУП "ВИМИ", 2000), без урахування технології застосування озону. В інших країнах застосовується більш гнучкий підхід, заснований на використанні інтегрального критерію СТ, що представляє собою добуток залишкової концентрації озону у воді (в мг / л) на час контакту в хвилинах. Дослідження показали, що СТ = 1,6 забезпечує знищення патогенних бактерій і полівірусов, а для гарантованої деактивації цист Giardia необхідно досягти СТ = 2. Грунтові води часто містять надмірну кількість заліза і марганцю, які легко віддаляються за допомогою озону. Озон перетворює розчинні сполуки заліза і марганцю у нерозчинні оксиди, які потім осідають і видаляються відстоюванням або фільтрацією. Сира вода містить також безліч органічних компонентів, що виникають в результаті природного розпаду, процесів розкладання, забруднення навколишнього середовища промисловістю та сільським господарством. Деякі з цих компонентів є причиною зміни кольору або виникнення неприємного запаху води, ряд з них є мутагенами, і тому такі компоненти повинні бути видалені з води, або перетворені в безпечні речовини. Озон чудово підходить для цих цілей. Знезараження - це видалення з води бактерій, спор, мікробів і вірусів (інактивація). Для видалення бактерій у воду вводять дезинфікуючий речовина (наприклад, озон при озонуванні води або сполуки хлору, при хлоруванні води). Чим більше дезинфікуючого речовини введено, тим ефективніше його вплив на бактерії. Для озону виявляється різке бактерицидну дію при досягненні критичної дози озону рівної 0,4 - 0,5 мг озону в газі на літр оброблюваної води. Причому, відбувається повна інактивація води. Механізм впливу окислювача полягає в руйнуванні бактерій шляхом інактивації бактеріальних протеїнів, тобто дифузією через мембрану клітини в цитоплазму з ураженням життєвих центрів. Якщо озон ефективно впливає на бактерії, то хлор виробляє тільки вибіркове отруєння життєвих центрів бактерій, причому досить повільне через необхідність тривалого часу для дифузії в цитоплазмі. Крім великої здатності знищення бактерій озон має високу ефективність у знищенні суперечка, цист (щільні оболонки, що утворюються навколо одноклітинних організмів, наприклад, жгутикових і корененіжок, при їх розмноження, а також в несприятливих для них умовах) і багатьох інших патогенних мікробів.

Знебарвлення - це видалення з води органічних і хімічних речовин, що забарвлюють воду. Залежно від кольоровості початкової води потрібна більша або менша кількість озону для знебарвлення води. У Росії для поверхневих вод середніх і північних районів для доведення кольоровості води до норми зазвичай потрібно доза озону 2,5 мг / л. Для південних районів, де вихідна кольоровість води значно більше, потрібно вже доза озону, що дорівнює 8 мг / л.Фізіческій механізм впливу озону при знебарвленні води полягає, по-перше, в розкладанні речовин до найпростіших - води і вуглекислого газу, по-друге, в коагуляції (об'єднанні) речовин з подальшим випаданням в осад. Ефективне знебарвлення води озонуванням є одним з визначальних критеріїв у виборі озону в якості впливає реагенту при підготовці питної води.

Знезалізнення. Видалення заліза та марганцю. У природних водах найбільше часто зустрічається залізо у двох валентної формі, що знаходиться в розчиненому стані. Марганець в природній воді зазвичай супроводжує залозу. Обидва цих речовини надають воді кольоровість і характерний присмак. Озон легко окисляє солі заліза і марганцю з утворенням нерозчинних речовин, які видаляються відстоюванням або фільтрацією. Якщо залізо і марганець містяться у формі органічних сполук або колоїдальних частинок (з розміром 0,1 - 0,01 мкм), то знезалізнення і деманганація води звичайними способами не вдається. У цьому випадку необхідно попереднє окислення цих комплексних органічних сполук, що приводить до їх розщеплення, після чого стає можливим видалення заліза і марганцю одним із звичайних методів. Окислюючи комплексні сполуки, озон перетворює розчинні солі в нерозчинні, тому необхідне подальше фільтрування води для звільнення її від випадаючих опадів. Слід зазначити, що хоча озонування і не є найбільш економічним методом знезалізнення і деманганаціі, але застосування озону з цими цілями виправдано в двох випадках: по-перше, коли звичайні способи видалення з води заліза і марганцю не дають результатів або ведуть до недостатніх результатів, у -друге, коли необхідно одночасне усунення запахів, присмаків і кольоровості води.

2. Усунення присмаків і запахів води

Неприємні присмаки і запахи в деяких природних водах викликаються присутністю сполук мінерального і органічного походження, що знаходяться в розчиненому або колоїдному стані. Озон окисляє названі вище сполуки, приводячи до їх розщеплення, що супроводжується зникненням присмаків і запахів. Завдяки більш високій окисної здатності, озон в змозі діяти на такі сполуки, які не піддаються впливу інших хімічних реагентів. Обробка води надмірною кількістю озону не тягне за собою ніяких небажаних явищ: надмірний озон, будучи нестійким, знову перетворюється в кисень протягом декількох хвилин. Озонування не створює додаткових або заміщають з'єднань, тоді як хлор дає з деякими речовинами складні сполуки, що викликають появу досить різких запахів. Наприклад, при обробці хлором води, що містить домішка фенолів, утворюється хлорфенол, що має вельми неприємні присмак і запах. Нарешті, при обробці озоном вода насичується киснем, що призводить до ефекту джерельної води. Небажані компоненти. В останні роки в поверхневих водах і, відповідно, у питній воді, виявлено велику кількість мутагенних і канцерогенних речовин. Є два джерела появи мутагенів у питній воді: мутагенні речовини, які вже присутні в сирій воді, і предсубстанціі, які формують мутагени в результаті реакції з хлором. Останні постійно зростаючу небезпеку внаслідок забруднення навколишнього середовища. Предсубстанціямі, приміром, є гумінові кислоти, в результаті реакції яких з хлором утворюються тригалометани (ТГМ). Щоб уникнути утворення ТГМ, предсубстанціі повинні бути видалені з води перед її хлоруванням. Як уже згадувалося вище, такі предсубстанціі легко окислюються озоном. Захист приготовленої води від повторного забруднення. Озон повністю і успішно замінює хлор або двоокис хлору в процесі приготування питної води, однак він не має пролонговану дію. Для запобігання повторного забруднення води на шляху до споживачів у воду додають хлор в невеликих дозах безпосередньо перед подачею в трубопровідну мережу. Пост-обробка очищеної води хлором не призводить до утворення небажаних компонентів і використовується у всьому світі. Установки очищення стічних вод. Хімічне окислення озоном є основою перспективної технології очищення стічних вод, забруднених органічними речовинами. Озон сам по собі, або в комбінації з гідроксил-радикалами, ефективний проти більшості органічних сполук, і в результаті обробки забруднювачі розкладаються, утворюючи нешкідливі речовини. Основна мета обробки стічних вод озоном - зменшення ГПК і змісту хлороорганіческіх речовин в тій частині, яка не може бути вилучена попередньої біологічним очищенням. У порівнянні з іншими методами, в результаті окислення озоном, у воді не залишається розчинених речовин, які необхідно видаляти подальшої спеціальною обробкою.

3. Використання озону в газовій і рідкій фазі

Використання озону в газовій фазі

Використання озону в рідкій фазі

4. Стерилізація виробів медичного призначення озоном у газовій

фазі

Розвиток сучасної медичної техніки вимагає розвитку нових ефективних методів холодної стерилізації. Хірургічні інструменти з микронной заточкою, ендоскопічне та лапароскопічне обладнання, катетери не витримують температурної обробки повітрям або парою під тиском. Обмеженість застосування температурної обробки пов'язана з широким застосуванням в сучасній медицині полімерів, оптики, клейових з'єднань. Пластмаси застосовуються також і для внутрішнього і зовнішнього протезування в стоматології, лицьової хірургії, травматології і т.п.

В даний час в практиці роботи лікувально-профілактичних установ в РФ і за кордоном застосовуються рідинні і газові методи холодної стерилізації на основі високотоксичних хлорвмісних сполук, окису етилену, формальдегіду, перекису водню, використання яких пов'язано з наступними проблемами:

• великим часом стерилізації (4-6 годин),

• труднощами утилізації реагентів, їх несприятливим впливом на навколишнє середовище,

• необхідністю видалення слідів стерилізуючого агента з інструментів та обладнання промиванням в стерильній воді або тривалої аерацією стерильним повітрям,

• несприятливим впливом ряду стерилізуючих речовин та їх похідних на здоров'я персоналу, що проводить стерилізацію.

Застосування рідинної стерилізації обмежено також неможливістю використання упаковок і, отже, простих методів підтримки стерильності виробів до моменту їх використання.

Газові стерилізатори на основі окису етилену (ЕО) використовувалися понад сорок років для стерилізації термочутливих і вологочутливість виробів. Нещодавно ЕО був визнаний потенційно мутагенним, неврогенні і небезпечним з точки зору пожежо-і вибухонебезпечності. Ряд організацій пропонують вважати ЕО канцерогенним. Occupapational Safety and Health Administrationa (OSHA) були накладені жорсткі вимоги щодо виявлення ЕО та використання ЩО, вміст якої в повітрі разом з іншими токсичними забруднювачами контролюється організаціями із захисту навколишнього середовища, дія яких спрямовані на очищення повітря. Крім того, було звернуто увагу на те, що хлорофлюорокарбоніти (CFCs), що є розчинниками ЕО, в використовуються в багатьох стерилізаторах сумішах ЕО-CFC, призводять до руйнування озонового шару. Правила й обмеження, встановлені в цих документах, змусили багато лікарень відмовитися від використання ЕО-стерилізаторів.

Газовий озоновий стерилізатор позбавлений перерахованих вище недоліків. Він характеризується низькою температурою газу під час стерилізаційного циклу (до 40 ° C), має низьке енергоспоживання (120 Вт при обсязі стерилізаційної камери10 літрів), порівняно невелику тривалість стерилізаційного циклу, простий в експлуатації, може бути встановлений безпосередньо в кабінеті лікаря, не вимагає видаткових матеріалів і хімічно стійких дезінфектантів, які підлягають утилізації, не вимагає відмивання виробів або аерації після стерилізаційного циклу. Стерилізація відбувається в озоне, що володіє високою окисної здатністю. Озон виходить з кисню атмосферного повітря і після закінчення циклу стерилізації конвертується в кисень.

Стерилізатор СО-01-С-Пб не має аналогів в РФ і в країнах Європи, має патентний захист в РФ і весь набір дозвільних документів МОЗ РФ і Держстандарту.

Озоновий стерилізатор успішно експлуатується у відділеннях і кабінетах стоматології, лапароскопії, ендоскопії, мікрохірургії, урології, пластичної хірургії, рефлексотерапії і т.д.

Низьке енергоспоживання, відсутність необхідності в видаткових реагентах, простота управління, невеликий час стерилізації роблять озоновий стерилізатор вкрай привабливим для польової хірургії, медицини катастроф. Є методичні рекомендації МО РФ.

Застосування озону в технології зберігання та переробки харчових продуктів

Мікробна контамінація харчових продуктів може становити небезпеку для здоров'я споживачів і скорочує терміни реалізації продукції. Для зниження рівнів мікробного забруднення продуктів використовують теплову обробку, гамма-випромінювання, хімічні консерванти. Теплова обробка, як правило, тягне за собою зміну органолептичних властивостей продукту і знижує його харчову цінність, зокрема, через руйнування більшості вітамінів. Застосування радіації та консервантів знижує привабливість продукції в очах населення. Протягом останніх років все більше уваги виробників харчової продукції привертає озонування. Озон є одним з найбільш сильних антимікробних агентів і має ряд безперечних переваг порівняно з іншими обеззараживающими агентами:

• У процесах дезінфекції озон конвертується в кисень, який не токсичний і не утворює токсичних сполук. Озон - нестійкий газ, який мимовільно розкладається і не накопичується в організмі. Озонова дезінфекція не вимагає подальшої обробки - промивання або дегазації виробів у спеціальних приміщеннях.

• Володіючи винятково високою окисної здатністю, озон набагато більш ефективний, ніж традиційно використовувані реагенти такі, як формальдегід, хлор, окис етилену та ін в процесах інактивації бактерій, спор бактерій, грибів, вірусів. Для озону потрібна менша час контакту, ніж для інших дезінфектантів.

• Озон має сильний дезодорує.

• Технології застосування озону - екологічно чисті. Прореагували озон розкладається на каталізаторах розкладання озону. Процес розкладання прискорюється при температурному впливі.

• Для генерації озону необхідний тільки повітря або кисень і електроенергія. При застосуванні озонових технологій виключаються транспортування та зберігання реагентів, пов'язані з дотриманням заходів безпеки.

• Властивий озону запах оповіщає персонал у разі аварійної ситуації задовго до досягнення небезпечних для здоров'я концентрацій. Існують прості і дешеві методи визначення концентрації озону на рівні ГДК.

В даний час в світі накопичений значний досвід застосування озону для обробки фруктів і овочів з метою зниження їх мікробного обсіменіння та підвищенні безпеки. У Росії подібні роботи проводяться вже протягом 20, в США експерти FDA і USDA схвалили застосування озону як "Generally Recognized As Safe (GRAS)". Це формулювання використовується по відношенню до нових агентам, свідчення, які вказують на небезпеку застосування яких відсутні.

Основні застосування озону в технології зберігання сировини, переробці та зберіганні продукції в харчовій промисловості:

1. Підвищення збереження овочів і фруктів Висока ефективність застосування озону відзначена при зберіганні картоплі, моркви, капусти, цибулі, винограду і яблук. Для кожного з цих видів плодоовочевої продукції розроблені рекомендовані режими обробки для нетривалого, середньострокового і тривалого зберігання.

2. Озонування повітря сховищ, холодильних камер, технологічних ділянок Невеликі концентрації озону (до 10 мг / м ³⁾ з успіхом застосовуються для озонування повітря холодильних камер з метою збільшення терміну збереження таких продуктів, як яйця, фрукти, ягоди, м'ясо, вершкове масло, риба.

3. Миття овочів і фруктів озонованою водою перед закладкою їх на зберігання Миття овочів озонованою водою використовується і перед закладкою їх на зберігання в замороженому вигляді. Використання озону для обробки технологічної води на думку деяких авторів особливо перспективно, тому що це дозволяє не тільки досягти зниження рівня мікробного обсіменіння, а й забезпечує інактивацію шкідливих хлорорганічних сполук, присутніх у водопровідній воді, знижує обсяг стічних вод і полегшує організацію систем оборотного водопостачання.

4. Обробка м'яса і птиці з метою збільшення термінів зберігання Дослідженнями була встановлена ​​залежність терміну зберігання охолодженого м'яса від сумарної мікробної обсіменяться його поверхні. Застосування озону в концентрації 10-20 мг / м ³ дозволило збільшити допустимий термін зберігання на 30-40%. Біохімічний аналіз тканинних ліпідів і похідних міоглобіну м'яса не виявив істотних відмінностей між дослідними і контрольними зразками. Рекомендується обробка тушок птиці озоносодержащей рідиною з концентрацією озону 7,5-10 г / м ³ при експозиції не менше 30 хвилин.

5. Обробка технологічної води при консервуванні продуктів Озон з успіхом використовується для обробки технологічної води в консервній промисловості. Забруднення спорами грибів і цвілі технологічної води сприяє забрудненню фруктів і потрапляння грибів і цвілі в готову продукцію, що тягне за собою її псування. Для запобігання контамінації води, що використовується при переробці фруктів, грибами і плесенями на підприємствах плодоперерабативающей промисловості традиційно використовують хлор і ортофенілфенат. Ці речовини залишаються на поверхні фруктів і зрештою потрапляють в організм людини, не будучи нешкідливими. Застосування озонованою води дозволяє створити ефективну, екологічно чисту технологію миття харчової продукції перед консервуванням.

6. Використання озону в газовій фазі і концентрованих розчинів озону у воді для знезараження тари і технологічного обладнання Важливу роль в молочної, пивоварної та інших галузях харчової промисловості грає дезінфекція виробничих ємностей - обов'язкова операція всіх технологічних процесів. Часто використовується в даний час метод теплової дезінфекції енергетично не вигідний і призводить до руйнування спеціальних покриттів на поверхні технологічних ємностей. Застосування озонованою води і озону в газовій фазі для дезінфекції виробничих ємностей обумовлено високою дезінфікуючої здатністю озону.

7. Водопідготовка для бутильованої води та виготовлення напоїв Використання озону для водопідготовки та водоочищення визнано і дозволено повсюдно. Використання озону для водопідготовки бутильованої води дозволено в США з 1982. У Європі озон для цих цілей використовується понад 20 років.

5. Інші сфери застосування озону

Плавальні басейни. Плавальні басейни є замкнутими системами з циркуляцією води. Вода, забруднюється відвідувачами, постійно циркулює, проходячи ступінь очищення, яка покликана підтримувати якість води відповідно до санітарних вимог для запобігання передачі таких захворювань, як кон'юктивіту, ентерити, дерматити, і інфекцій. Основна мета дезінфекції - підтримання чистоти води для запобігання загрози здоров'ю відвідувачів, і запобігання від розмноження водоростей, офарблюючих воду. Озон є ефективним дезинфектантом, розкладаючим амінокислоти і надає воді привабливий блакитний колір. Залишковий озон в воді, що повертається з системи очищення в басейн, необхідно зруйнувати за допомогою фільтрів з активованим вугіллям, або ультрафіолетовим випромінюванням. Оскільки вода в чаші басейну не містить озон і сприйнятлива до забруднення, для підтримки надійної дезінфекції застосовують малі дози хлору або його похідних. Рибні господарства та акваріуми. Застосування озону в рибних інкубаторах, рибних господарствах і акваріумах набуває все більшої популярності. Ризик поширення інфекцій зростає пропорційно щільності заселеності риби. Для поліпшення показників виживання мальків і риби дуже важливо запобігти проникненню в систему хвороб, пов'язаних з водою. Це однаковою мірою стосується як до проточних, так і до циркуляційних систем. Як уже згадувалося вище, озон є відмінним дезінфектантів, проте вміст залишкового озону у воді, що надходить в резервуар з рибою, має бути нижче рівня, небезпечного для життя риб.

Доочищення водопровідної води. У ряді випадків споживачі доочищають водопровідну воду для забезпечення її відповідності визначеним стандартам. Застосування озону в комбінації з фільтрацією на гранульованому активованому вугіллі є досконалим методом доочищення. Замкнуті системи водокористування. Системи багаторазового використання води застосовуються для промивки продуктів сільського господарства перед переробкою або упаковкою, для промивки склотари, обладнання, і в ряді інших випадків. Застосування озону в поєднанні з фільтрацією дозволяє очистити воду, відмовитися від використання хлоросодержащих речовин і використовувати воду знову.

Обробка охолоджуючої води. Озон є відмінною заміною антисептиків в системах рециркуляції охолоджуючої води на теплових електростанціях і, в промисловості. Законодавство багатьох країн обмежує використання хлоросодержащих речовин, що скорочує можливість використання традиційних антисептиків. Застосування озону спільно з іншими реагентами дозволяє вирішувати старі проблеми сучасними методами, не забруднюють навколишнє середовище.

Висновок

Подальші застосування.

Поява економічних генераторів озону призводить до перегляду підходів потенційних споживачів, не припускали використовувати озон внаслідок дорожнечі його в минулому. Виявляються нові області, в яких гідності озону не знаходили раніше застосування:

• Травлення шаблонів у виробництві напівпровідників.

• Дезінфекція та очищення у водяних системах охолодження.

• Дезінфекція та очищення відпрацьованих матеріалів і вторинної сировини.

Можливості для вдосконалення своєї продукції шляхом заміни традиційних дезінфектантів озоном, або введенням озону в технологічні процеси, безмежні. Наприклад, при виробництві напоїв (бутильованої води, безалкогольних напоїв, пива і т.д.), що використовується вода повинна бути попередньо очищена і продезінфікована.

На підприємствах, що випускають консерви та заморожені продукти, сировину необхідно промивати чистою водою у великих обсягах. Список інших можливих областей застосування озону, що не претендує на повноту, може включати:

• Дезінфекцію в зоопарках.

• Дезінфекцію повітря в холодильних камерах.

• "Мокрий" дезінфекцію пакувальних матеріалів.

• Дезінфекцію в системах кондиціонування повітря.

• Дезінфекцію води для пацієнтів у лікарнях.

• Дезінфекцію операційних, препараторських і кабінетів.

• Нові передові окисні технології.

Області застосування генераторів озону широкі.

Продовження вдосконалення озонаторів і систем на їх основі направлено зараз на подальше здешевлення їх використання і розширення сфери їх застосування.