Введение в экологическую химию - Скурлатов Ю.И.
NBSN 5-06-002593-4
Скачать (прямая ссылка):
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/мг достигается полное разложение вещества.
Озон получается относительно просто. Обычно применяется метод пропускания воздуха или кислорода через электрический разряд высокого напряжения^ (5000—25 000 В). Производительность такого озонатора в зависимости от его размеров — от 10 г до 10 кг озона в час. Имеются разработки озонаторов производительностью до 100 кг Оз/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 О3.
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:
БН-+ 03—ИУ +02 + ОН (7)
ИН + 03 Иг + 02 + ОН (8)
При наличии у органического соединения двойной связи озон присоединяется к ней с образованием реакционноспособных озонидов:
Ц-СН=СН2 + 03 —* Кг-СН-О-СНг (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 окисленця 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 атных 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
со2.
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 промыщленных 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 роде, 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.
