1L2.2. Озонирование воды

В поисках альтернативных путей обеззараживания и очистки сточ­ных вод с применением сильных окислителей большие надежды возла­гаются на озонирование вод. В процессе озонирования происходят

359

одновременное окисление примесей, обесцвечивание, дезодорация, обезвреживание сточной воды и насыщение ее кислородом. Достоинст­вом метода является то, что в воду не вносятся химические реагенты. Хотя применение хлора экономически и технологически предпочти­тельнее, чем озонирование, но экологически целесообразней примене­ние в качестве окислителя озона.

Метод озонирования, несмотря на дороговизну, имеет ряд преиму­ществ, Озонирование позволяет разрушать загрязнения, которые не подвергаются окислению хлором или биологическим способом. Сочета­ние озонирования с другими методами очистки промышленных сточ­ных вод, такими, как У Ф-изл учение, обработка воды Оз совместно с Н2О2 с последующим биологическим окислением частично окисленных и гидроксилировашшх производных или с реагентным коагулировани­ем, делает озонирование одним из наиболее перспективных методов очистки не только в экологическом, но и в гигиеническом, и в эконо­мическом аспектах. Экономически применение озона оправдано еще и потому, что после озонирования сточных вод необходимо применение гораздо более низких доз коагулянтов, повышаются скорости и глуби­на очистки, разрушаются токсичные вещества, деструкция которых не достигается другими методами.

Озон может быть использован для очистки сточных вод от циани­дов, роданидов, сероводорода, мышьяка и других токсичных веществ. Так, при рН > 13 эффективно осуществляется окисление цианида:

CN" + Од —► CNO" + 0₂ (б)

Окисление органических веществ озоном может протекать до обра­зования таких промежуточных продуктов, как спирты, альдегиды, кетоны, кислоты, и более глубоко — до СОг и Н₂0. Однако расход озона при этом существенно возрастает и скорость по ходу процесса очистки резко уменьшается. Для ускорения процессов окисления органических примесей сточных вод озоном используют катализаторы, например соединения меди.

При использовании озона в очистке сточных вод ставится задача управления процессом очистки тайим образом, чтобы минимизировать затраты озона при достижении максимального эффекта. При решении этой задачи первостепенное значение имеют кинетические закономер­ности процесса озонирования.

При очистке многокомпонентных стоков начальная брутто-скорость очистки пропорциональна концентрации Оз и величине ХПК. После удаления 50—75% легкоокисляемых органических веществ скорость окисления оставшихся загрязнителей резко падает. Как правило, при 360

озонировании бытовых стоков наиболее интенсивно процесс протекает в первые 20—30 мин, после чего скорость процесса лимитируется спо­собностью озона вступать в реакцию с трудноокисляемыми соедине­ниями. Увеличение времени озонирования приводит к значительному повышению удельного расхода озона.

Дозы озона, обеспечивающие полное окисление органических сое­динений до С0₂ и Н₂0, достигают значительных величин. Например, для полной деструкции фенола (ХПК = 2,38 мг 0₂/мг) требуется 7,14 мгОз/мг или 14 моль Оз на 1 моль фенола. Проводить такой процесс на практике экономически не выгодно.

Тем не менее озон применяется для деструктивного окисления органических веществ в сточных водах целлюлозно-бумажных произ­водств, для разрушения хлорированных углеводородов, для очистки стоков от фенолов, нефтепродуктов, СПАВ, нитросоединений, тетра-этилсвинца, канцерогенных веществ, циан- и ртутьсодержащих соеди­нений, для доочистки биологически очищенных бытовых сточных вод. Кроме того, озон может использоваться для очистки природных вод от гумусовых веществ, от продуктов отмирания сине-зеленых водорослей и загрязняющих веществ (фенолов, нефтепродуктов, пестицидов). Обычно Оз применяют для подготовки питьевой воды.

Большое значение имеет использование озона для деструкции пестицидов. Особенно он эффективен при окислении таких токсичных пестицидов, как дихлофос, метафос, севин и др. Продуктами окисле­ния этих соединений являются либо нетоксичные вещества, либо С0₂. Например, дихлофос медленно разрушается под действием Н₂0₂ и УФ-излучения, а при взаимодействии с хлором образует высокотоксичные хлорцроизводные. В то же время это соединение легко обезвреживает­ся озоном при ничтожных дозах окислителя (0,2 мг Оа/мг). Севин устойчив по отношению к перманганату калия, оксиду марганца и Н₂0₂₎ тогда как при расходе 0,5 мг Оз/мт достигается полное разложе­ние вещества.

Озон получается относительно просто. Обычно применяется метод пропускания воздуха или кислорода через электрический разряд высокого напряжения^ (5000—25 000 В). Ероизводительность такого озонатора в зависимости от его размеров — от 10 г до 10 кг озона в час. Имеются разработки озонаторов производительностью до 100 кг 0₈/ч.

Существующие способы озонирования имеют низкие показатели по использованию окислительного потенциала озона. При озонировании основные эксплуатационные затраты связаны с расходом электроэнер­гии на получение озона: в современных озонаторах расход электро-

361

энергии составляет 23 кВт-ч/кг, тогда как на получение хлора идет 1,46 кВт*ч/кг.

Озон, представляя собой модификацию кислорода, тем не менее сильно от него отличается. Он интенсивно окрашен, диамагнитен, токсичен и взрывоопасен. Предельно допустимая концентрация его в воздухе рабочей зоны — 0,0001 мг/л. Реакции, в которых участвует озон, обычно протекают быстро, в то же время растворимость у озона, как и у кислорода, очень низка и зависит от температуры. С ростом температуры увеличивается скорость разложения Оз в воде. Все это создает трудности для экспериментального изучения кинетики и меха­низмов процессов окисления с участием 0₃.

Окислительное действие озона связано с протеканием процессов двух типов: прямого молекулярного взаимодействия с веществом и через промежуточные свободные радикалы (см. § 7.6).

Озон реагирует с донорами Н и насыщенными органическими сое­динениями с образованием свободных радикалов:

DH" + 0₃ —► If + 0₂ + ОН (7)

RH + 0₃ —► R^z + 0₂ + ОН (8)

При наличии у органического соединения двойной связи озон присоединяется к ней с образованием реакционноспособных озонидов:

R~CH=CH₂ + Оз —* R-CH-0-CH₂ (9)

I I

о о

При взаимодействии Оз с ароматическими соединениями, в част­ности с бензолом, гидролитическое расщепление образующегося озо-нида приводит к получению глиоксаля, глиоксалевой и щавелевой кислот.

Низкая растворимость в воде приводит к потере 20—30% Оз, что значительно загрязняет воздушную среду. Эффективность применения озона при очистке сточных вод повышается в присутствии активи­рованного угля за счет увеличения времени контакта разрушаемых примесей с озоном.

С целью увеличения эффективности озонирование используют в сочетании с другими окислителями. Такое сочетание не только повы­шает эффективность очистки сточных вод, но и снижает расход окис­лителей. Эффективность таких редокс-систем с использованием озона повышается за счет введения в раствор гетерогенных и гомогенных катализаторов. По-видимому, в таких системах озон выступает как источник свободных радикалов, а редокс-партнер совместно с 0₂ учас-362

твует в реакциях продолжения цепи при реализации радикально-цеп­ного механизма окисления органических веществ.

Все большее применение находят редокс-системы с озоном для очистки сточных вод животноводческих ферм аграрно-промышленных комплексов. Сочетание 0₃ с Н₂0₂ позволяет эффективно очистить сточные воды одновременно от фенолов, род анидов и акрил атньрс производных. Степень очистки сточных вод от тетраэтилсвинца в присутствии диоксида марганца выше, чем в его отсутствие, и расход Оз при этом значительно сокращается.

Совместное озонирование и* хлорирование гумусовых веществ сопро­вождается их деструкцией до более простых соединений, вплоть до С0₂.

Эффективно применение озона в сочетании с биологической очист­кой. При этом озонирование используется как промежуточная стадия для частичной окислительной деструкции и гидроксилирования сое­динений, не поддающихся биохимическому окислению. Такой техно­логический прием призван повысить эффективность биохимической очистки и снизить расход 0₃. В этой связи к недостаткам озона в качестве окислителя следует отнести его взаимодействие с содержащи­мися во многих видах промышленных сточных вод аммонийными соединениями. Очистка от этих соединений эффективно осуществляет­ся биологическими методами. При использовании же озона для пред-очистки таких вод значительная часть его бесполезно расходуется на окисление аммонийных соединений.

11.2.3. Дероксид водорода как экологически чистый окислитель

По сравнению с озоном пероксид водорода обладает рядом преиму­ществ: он хорошо растворим в воде, устойчив в растворе в широком диапазоне рН и температур, позволяет осуществлять высокоселектив­ное окисление различных примесей сточных вод при подборе условий проведения процесса, может инициировать неспецифические радикаль­ные процессы окисления с участием радикалов ОН. Плюс к этому высокая стабильность по сравнению с другими окислителями, сравни­тельная простота аппаратурного оформления процессов окисления с участием Н₂02, отсутствие токсичности; остаточный пероксид водорода способствует процессам последующей аэробной биологической очистки и благоприятно сказывается на состоянии водных экосистем.

В силу своих технологических преимуществ пероксид водорода получил широкое распространение в зарубежной практике очистки промышленных сточных вод. В настоящее время он применяется для

363

очистки многих видов сточных вод различных отраслей промышлен­ности, в том числе таких крупнотоннажных, как горнодобывающая, машиностроительная, химическая, целлюлозно-бумажная, легкая и др.

Широкому применению Н₂0₂ в технологии очистки промышленных сточных вод в нашей стране препятствуют сравнительно высокая его стоимость и дефицитность.

Пероксид водорода может эффективно использоваться для очистки сточных вод как от неорганических, так и органических соединений (А.А. Селюков, А.Й. Тринько, 1988).

Наиболее эффективно под действием Н₂0₂ окисляются соединения серы, в частности сероводород и растворимые сульфиды, являющиеся распространенными загрязнителями бытовых и промышленных вод.

Сероводород является побочным продуктом многих промышленных процессов, таких, как производство целлюлозы, переработка нефти, дубление кожи, коксование угля и т.д. Кроме того, сероводород обра­зуется в бытовых сточных водах при возникновении анаэробных усло­вий. При ограничении доступа воздуха к сточным водам свободный кислород быстро расходуется микроорганизмами, которые далее изв­лекают кислород из растворенных солей. Первыми разрушаются нит­риты, затем нитраты и сульфаты. Этот процесс приводит к образова­нию аммиака и сероводорода.

При значениях рН, близких к нейтральным (< 8), что обычно

встречается в бытовых сточных водах, сероводород в течение 15—60 мин окисляется пероксидом водорода до элементарной серы:

H₂S + Н₂0₂ —► 2Н₂0 + S (10)

В щелочной среде сульфиды окисляются до серной кислоты:

S²" + 4Н₂0₂ -» SOi" + 4Н₂0 (И)

По отношению к сероводороду и сульфидам пероксид водорода является селективным окислителем. Эта селективность обусловлена относительно быстрым протеканием реакции окисления соединений серы и химической инертностью пероксида водорода по отношению к аммонийным и другим органическим соединениям, обычно встречаю­щимся в сточных водах. Это выгодно отличает Н₂0₂ от других окисли­телей.

С помощью Н₂0₂ могут быть легко окислены различные меркапта­ны (RSH), сульфиты (SOi"), тиосульфаты (3₂0з")> диалкилсульфиды (RSR) и диалкилдисульфиды (RSSR), присутствующие обычно в сточ­ных водах производства целлюлозы, нефтеочистки и др.: 364

Кроме того, пероксид водорода эффективно окисляет полисульфиды

(SiDi использующиеся в качестве наполнителей, связующих добавок и в качестве инсектицидов:

(17)

а также дитиониты (S2O4), применяемые в текстильных процессах крашения и при отбелке целлюлозы, соли, сахара и др. В щелочной

среде при 20°С окисление S2O4" до сульфата протекает за 20 мин по реакции

(18)

В кислом растворе возможно образование дитионатов (БгОб")

(19)

которые устойчивы к окислению, но при нагревании в щелочном раст­воре разлагаются на смесь сульфитов и сульфатов:

(20)

Кроме того, пероксид водорода используется для очистки воды от цианидов, нитритов, нитрилов и ряда других соединений азота. Наи­более широкое применение находит Н2О2 для разрушения цианидов в сточных водах металлургии^ - гальванических производств и химичес­кой промышленности:

(21)

Реакция протекает при рЫ 9—10, ускоряется при повышении темпера­туры (до 50°С) и в присутствии ионов меди (5—10 мг/л), а также бромид-ионов в качестве катализаторов.

Эффективность очистки сточных вод, содержащих цианиды, может быть значительно повышена путем обработки их пероксидом водорода в присутствии озона (1:1), при использовании Н₂02 в сочетании с

365

формальдегидом, а также в присутствии элементарной серы или соеди­нений, способных реагировать с пероксидом с образованием серы. Окисление цианидов пероксидом водорода значительно ускоряется прц одновременном воздействии УФ-излучения при рН 9—12.

Органические цианиды (нитрилы) и циангидрины, характерные для сточных вод производств акрилонитрила, метилметакрилата и ацетонитрила, также эффективно окисляются пероксидом водорода:

(22) (23) (24)

Реакции протекают быстро в щелочной среде при повышенной темпе­ратуре.

Преимуществом обработки сточных вод, содержащих цианиды, пероксидом водорода над широко используемыми для этой цели про­изводными хлора является эффективное окисление при относительно' низких значениях рН и возможность обработки высоких концентраций без опасности выделения таких токсичных соединений, как хлорциан. Возможность обработки при более низких значениях рН важна при очистке больших количеств низкоконцентрированных сточных вод, где основные затраты приходятся на реагенты для регулирования рН.

Пероксид водорода используется также для очистки сточных вод процессов вулканизации резины, нитрования, тепловой обработки металлов от нитрито.» (™™ «и 9—fiV

(25)

За рубежом пероксид водорода широко используется в мокрой очистке газов, в том числе для обезвреживания соединений типа NOap. Основными источниками выделения оксидов азота (см. п. 4.5.3) явля­ются производство азотной кислоты, нитрование органических соеди­нений (производство взрывчатых веществ, красителей, пластмасс), высокотемпературное горение топлива и термическая обработка метал­лов. В водном растворе оксиды азота окисляются пероксидом водоро­да по уравнениям

(26) (27) (28)

366

В действительности механизм сложен, предполагается, что проме-

жуточным продуктом является азотистая кислота, которая в воде разлагается:

(29)

При окислении N0 в качестве промежуточных продуктов образуют­ся также N₂0₃ (NO +. N0₂) и N2O4 (N0₂ + NO2). Эти соединения быстро реагируют с Н2О2 по уравнениям

(30) (31)

Пероксид водорода способен непосредственно окислить азотистую кислоту в азотную, что является одним из преимуществ этого окисли­теля. Эффект очистки газов от моноксида азота составляет .85—95%, а от диоксида — 95—99,9%. Все другие известные способы мокрой очист­ки газов от оксидов азота менее эффективны.

Пероксид водорода служит также эффективным реагентом для очистки сточных вод от активного хлора. Хлор в различных формах присутствует во многих промышленных сточных водах и обычно ис­пользуется для обеззараживания сточных вод перед сбросом в водое­мы. Содержание хлора особенно высоко в сточных водах хлорных заводов и водах тепловых электростанций, использующих его для борьбы с обрастаниями в охладительных системах.

Пероксид водорода взаимодействует со всеми формами свободного хлора, но скорость реакции зависит от рН. Хлор и хлорноватистая кислота реагируют медленно, гипохлорит — очень быстро. Поэтому дехлорирование пероксидом водорода должно проводиться при рН 7—9, где гипохлорит-ионы являются преобладающей формой активно­го хлора:

(32)

Реакция заканчивается за несколько минут.

Пероксид водорода может использоваться и для очистки от соеди­нений тяжелых металлов. Так, в сточных водах фотопромышленности, цехов гальванических покрытий, в отходах добычи и обогащения руд присутствуют соединения серебра. В форме свободных ионов серебро токсично для микроорганизмов, поэтому присутствие серебра в сточ­ных водах, поступающих на биологическую очистку, нежелательно. При обработке таких сточных вод пероксидом водорода в кислой среде ионы серебра восстанавливаются до металлического состояния:

367

Ионы двухвалентного железа, являющиеся типичными примесями различных категорий сточных и природных вод, легко окисляются Н2О2 по реакции

2Fe2⁺ + Н₂0₂ + 2Н⁺ —► 2Fe3⁺ + 2H₂0 (34)

Перманганат легко разрушается пероксидом водорода при очистке вод от Mn(VII). В кислой среде (* 10"² М H2SO4) реакция протекает по стехиометрическому уравнению:

2Мп04 + 5Н₂0₂ + 6Н⁺ —> 2Мп²⁺ + б0₂ + 8Н₂0 (35)

Эта реакция обычно используется для определения концентрации растворов Н₂0₂. Катализатором ее служит МпОг, поэтому рекомендует­ся первую каплю МпС>4 добавить в титруемый раствор пероксида до закисления его серной кислотой.

Аналогичным образом соединения хрома (VI), содержащиеся в сточных водах гальванических цехов и предприятий кожевенной про­мышленности, восстанавливаются при рН < 3,5 до Сг(Ш):

2СгО^" + ЗН₂0₂ + ЮН⁺ —► 2Сг³⁺ + 30₂ + 8Н₂0 (36)

Пероксид водорода используется и для очистки сточных вод от некоторых органических* соединений. Так, в сточных водах текстиль­ной промышленности, производстве строительных материалов и орга­нических растворителей присутствует формальдегид. Окисление фор­мальдегида пероксидом водорода протекает быстро, причем образую­щаяся муравьиная кислота окисляется далее до С0₂:

СН₂0 + 2Н₂0₂-~КЮ₂ + ЗН₂0 (37)

Окисление до кислоты протекает за 10 мин, после чего реакция замед-ляется. реакция ускоряется в присутствии катализаторов - платини-рованного графита, палладия. Особенно эффективно реакция протека­ет при повышении температуры до 50°С и выше. При окислении высо­ких концентраций формальдегида совместно с другими органическими веществами предложено в качестве катализатора использовать активи­рованный уголь при температуре 240°С.

Алифатические спирты (включая метанол) и карбоновые кислоты (за исключением муравьиной), а также жирные спирты эффективно окисляются пероксидом водорода лишь в присутствии катализаторов, главным образом ионов железа (реактив Фентона), инициирующими распад Н₂0₂ на ОН-радикалы. При использовании реактива Фентона 368

за 3 ч при комнатной температуре достигаются следующие эффекты очистки спиртов (при исходной концентрации общего органического углерода 255—275 мг/л): метанол — 98%, этанол — 52, пропанол — 67, бутанол — 66; кислот (365—445 мг С/л): муравьиная — 98%, уксусная — 36%, пропионовая — 60%.

Низкомолекулярные карбоновые и оксикарбоновые кислоты эффек­тивно окисляются пероксидом водорода под действием УФ-излучения (рН 1—7). При этом достигается снижение ХПК стока с 3200 до 60 мг/л.

Среди наиболее распространенных компонентов промышленных сточных вод находятся различные фенолы. Они присутствуют в стоках процессов коксования угля, нефтеочистки, металлургии, фотопромыш­ленности, различных химических производств и др. Реакции окисле­ния фенолов пероксидом водорода протекают эффективно в широком диапазоне температур и концентраций. В качестве продуктов окисле-ния фенола первоначально образуются гидрохиноны и катехины, кото­рые затем окисляются до соответствующих хинонов и далее до дикар-боновых кислот, в конечном итоге до С0₂. В качестве катализаторов при рН 3—4 используют соли железа (II), а также порошкообразные или гранулированные железо и медь либо марганцевый катализатор, получаемый нанесением на силикагель соединений марганца.

Окисление хлорфенолов и диметилфенолов пероксидом родорода протекает в присутствии катализаторов — солей железа (II) или железа (III) — более эффективно, чем окисление простых фенолов.

Глубокое окисление фенолов при концентрациях < 100 мг/л дости­гается применением H₂0₂ совместно с УФ-излучением.

Гидрохинон является компонентом отработанных фотографических растворов, сточных вод производств резины и различных органичес­ких продуктов. В присутствии соединений железа при рН 4—6 он окислялся за несколько минут до смеси двухосновных кислот (малеи-новая и др.), которые затем окисляются до СОг-

Реактив Фентона, а также совместное действие Н₂0₂ и УФ-излуче­ния эффективно разрушают ПАВ, присутствующие в различных видах промышленных сточных вод. В качестве катализаторов наряду с соля­ми железа используются соли меди (II).

При очистке сточных вод производства гидразингидрата использу­ют пероксид водорода с ионами меди в качестве катализатора:

N₂H₄ • Н₂0 + 2Н₂0₂ ^СП^ » N₂ + 5H₂0 (38)

Серьезные затруднения вызывает очистка сточных вод от красите- 12-235 ³⁶⁹

лей. Большинство красителей, применяемых в текстильной промыш-ленности, может практически в неизменном виде проходить через установки биохимического окисления. При использовании Н2О2 для разрушения красителей (включая дисперсные) в качестве катализато­ра используются реактив Фентона или соли меди.

Применение Н2О2 совместно с ионами железа (II, III) позволяет при рН 3--5 окислять 30—65% органических примесей бытовых сточных вод до СОг- При обработке сточных вод пероксидом водорода в при­сутствии солей меди и железа значительно снижается ХПК воды. При окислении пероксидом водорода органических компонентов сточных вод в качестве катализатора используется также продукт спекания солей Со (III) с активированным древесным углем.

В промышленности Н₂Ог получают различными методами, главным образом при окислении кислородом изопропилового спирта с последу­ющим каталитическим гидрированием образующегося ацетона. Разра­ботан способ производства ЩОг, основанный на каталитическом окис­лении алкилантрахинонов с последующим гидрированием хинонов на Pt~, Pd-, алюмосиликатных катализаторах. Известен также метод электрохимического синтеза Н2О2 на основе процесса катодного восста­новления кислорода. Затраты на получение 1 кг Н2О2 (100%) состав­ляют сейчас 10 кВт*ч электроэнергии. В новых разработках затраты снижены до 4,5 кВт«ч, что намного ниже, чем затраты на производст­во Оз, хотя и несколько выше, чем на производство С1г (см. выше). В то же время, учитывая разность молекулярных масс Н2О2 и С1г в рас­чете на окислительный эквивалент, стоимость Н₂0₂ приближается к стоимости активного хлора.

Эффективность окислительного действия пероксида водорода свя­зана с тем, что молекулу Н2О2 можно рассматривать как димер ОН~ радикала, который сравнительно легко рарпадается на радикалы ОН. Реализация условий для наиболее эффективного разложения Н2О2 на ОН-радикалы и создает предпосылки для глубокой деструкции прак­тически любых органических соединений.

Городские сточные воды несут в себе множество легкоокисляемых веществ, в том числе и веществ, обладающих восстановительными свойствами, а также ионы металлов переменной валентности — потен­циальные катализаторы процессов окисления.

При наличии в стоке веществ-восстановителей наряду с окислением LFe (II) кислородом воздуха (акваион железа (II) окисляется кислоро­дом крайне медленно, процесс резко ускоряется при образовании хелатных комплексов с полидентатными кислородсодержащими лиган-дами типа ЭДТА, лимонной и винной кислот) будет происходить вос­становление Fe (III). В этом случае реализуется циклический механизм 370

окисления легкоокисляемых веществ сточных вод с попеременным окислением — восстановлением ионов железа.

При добавке в такой аэрированный сток пероксида водорода он будет распадаться на радикалы, инициируя цепные радикальные процессы сопряженного окисления легко- и трудноокисляемых органи­ческих веществ с вовлечением растворенного кислорода. Разложение Н2О2 в сточной воде сопровождается уменьшением ХПК. В пересчете на мг Ог/л в коммунально-бытовых сточных водах величина ХПК изменяется примерно в 10 раз больше, чем распадается Н₂Ог. Таким образом, относительно небольшие добавки Н2О2 могут использоваться как инициаторы радикальных процессов очистки сточных вод.

Смешение стоков, содержащих вещества восстановительной приро­ды (это могут быть и газовые выбросы), с другими стоками, содержа­щими трудноокисляемые соединения, в присутствии Н2О2 и ионов металлов будет способствовать радикальному окислению этцх соедине­ний.

В отсутствие дополнительных внешних воздействий процесс сопря­женного окисления легко- и трудноокисляемых веществ тормозится по мере исчерпания веществ-восстановителей или деструкции лигандов, активирующих ионы железа. Эта трудность устраняется при использо­вании для разложения Н2О2 УФ-излучения.

Под действием УФ-излучения происходит распад H2Q2 на радика­лы ОН:

Н₂0₂ —* 20Н (39)

При этом пероксид водорода добавляют в сточную воду несколько больше, чем в стехиометрических количествах (Н2О2/ХПК > 2,1). При значении ХПК 400 мг 0₂/л на цолную очистку 1000 м³ сточной воды расходуется 0,8 т Н2О2 (в расчете на 100%).

Снижение расхода Н₂02 (1,75 ХПК) достигается при применении импульсного УФ-излучения с добавками в раствор одновременно Н2О2 и ионов железа.

11.2.4. Фотохимическая и радиап^онно-химическая очистка воды

В практике очистки, обеззараживания и дехлорирования сточных вод все большее применение находит УФ-излучение. Так, УФ-излуче­ние эффективно разрушает ксантогенаты, крезолы, нефтепродукты, циклогексанол, гексацианоферраты и другие соединения. Особенно эффективное действие оказывает УФ-излучение на очистку аэриру-

371

емых сточных вод в присутствии ионов железа при рН 2—4, когда фотолиз FeOH²⁺ служит источником ОН-радикалов.

Инициирование окислительных процессов УФ-излучением при очистке промышленных сточных вод от трудноокисляемых загрязняю­щих веществ позволяет значительно повысить степень очистки, расши­рить диапазон методов деструктивного окисления сточных вод. Эколо­гические преимущества таких методов очевидны, так как практически не вносятся дополнительные загрязнения, а продукты частичного окисления и гидроксилирования ксенобиотиков, как правило, имеют повышенную лабильность в плане биодеградации, чем исходные ве­щества.

При воздействии УФ-излучения на многокомпонентный коммуналь­но-промышленный сток в воде осуществляется множество фотохими­ческих превращений с образованием свободных радикалов и других реакционноспособных частиц (см. § 7.4 и 7.6). Происходит и интенсив­ное образование НгОг- Присутствие в воде Ог и примесей ионов меди и железа способствует возникновению радикальных реакций с вовлече­нием в процесс окисления трудноокисляемых веществ. Вследствие этого разрушается значительная часть ароматических и трудноокис­ляемых соединений (понижается ХПК), сток становится биохимически легче усваиваемым. Сочетание УФ-излучения сточных вод, особенно с одновременными добавками Н2О2 в условиях аэрации, с последующей биохимической очисткой позволяет значительно улучшить функцио­нальное состояние активного ила и параметры очистки стока, а также интенсифицировать процесс (увеличить на 20—30% пропускную способность очистных сооружений без существенных капитальных затрат).

Пока что широкое применение УФ-излучения находят лишь при бактерицидной обработке природных и сточных вод, прошедших биологическую очистку. В то же время преимущества этого способа, особенно в сочетании с Н₂0₂, по сравнению с озонированием очевид­ны.

Для стерилизации сточных вод, прошедших биологическую очист­ку, помимо ультрафиолета используется также ионизирующее излуче­ние, являющееся источником свободных радикалов ОН, Oji. Прошед­шие радиационную обработку биологически очищенные сточные воды обладают всем комплексом свойств, делающих ее пригодной для ис­пользования в теплоотводящих водооборотных системах. В качестве источников излучения применяют 7-изотопы ⁶⁰Co, ¹³⁷Cs, а также уско­рители электронов.

Эффективно применение радиационного метода очистки сточных

372

вод при окислении таких примесей, как цианиды, фенолы, ПАВ при концентрации загрязняющих веществ 10"³—10"² М.

Радиационно-химическая очистка, как и УФ-облучение, успешно сочетается с последующей биохимической очисткой сточных вод.