УДК 504.054
СВОЙСТВА И ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПЕРОКСИДА ВОДОРОДА В ПРОЦЕССЕ ХИМИКО-БИОЦИДНОЙ ОБРАБОТКИ ВОДЫ
А. И. Ажгиревич, к. т. н.,
президент Общероссийского отраслевого объединения работодателей «Союз предприятий и организаций, обеспечивающих рациональное использование природных ресурсов и защиту окружающей среды «Экосфера», info@ecoregion.ru
Обработка природной воды с целью дальнейшего ее использования для питья представляет собой комплекс физических, химических и биологических методов изменения ее первоначального состава. При этом под обработкой воды понимают не только ее очистку от ряда нежелательных и вредных примесей, но и улучшение природных свойств путем обогащения ее недостающими ингредиентами.
В статье представлены результаты исследования применения пероксида водорода в процессе химико-биоцидной обработки воды. Указывается, что применение пероксида водорода для обезвреживания различных органических соединений в природных и сточных водах, вполне эффективно с экономической и оправданно с эколого-гигиени-ческой точек зрения.
Natural water treatment for its further use for drinking represents a complex of physical, chemical and biological methods of its initial structure change. In this case, water treatment is understood not only as its cleaning from a number of undesirable and harmful impurities, but also as improving its natural properties by enriching it with missing ingredients.
The results of the research of the use of hydrogen peroxide in the course of chemical and biocidal water treatment are presented in the article. It is specified that the use of hydrogen peroxide for neutralization of various organic compounds in natural and sewage water, is quite effective in terms of economy and is justified from ecological-hygienic point of view.
Ключевые слова: пероксид водорода, обработка воды, водоочистка, качество воды.
Keywords: hydrogen peroxide, water treatment, water purification, quality of water.
Все многообразие методов обработки воды можно подразделить на следующие основные группы [9, 13]: а) улучшение органолептических свойств воды (осветление и обесцвечивание, дезодорация и др.); б) обеспечение эпидемиологической безопасности (хлорирование, озонирование, УФ-обработка и другие способы обеззараживания); кондиционирование минерального состава (фторирование и обесфторирование, обезжелезивание и деманганация, умягчение или обессоливание и др.).
В основу выбора метода обработки воды положено сопоставление качества воды источника водоснабжения (данных химических и технологических анализов) с требованиями нормативных документов [14, 15] или требованиями технологии потребителя. Результаты такого сопоставления определяют выбор методов улучшения качества воды. При этом возможны случаи, когда конкурентоспособными оказываются несколько методов обработки воды. В этом случае выбор метода обработки производят по данным технико-экономического анализа (сравнивая приведенные затраты), высокого технологического эффекта с обязательным учетом уровня экологической безопасности технологии.
Способы и степень очистки воды, состав и конструкции очистных сооружений в каждом конкретном случае зависят от тех требований, которые предъявляются к качеству питьевой воды, и от качества природной воды. Основными процессами улучшения качества воды для хозяйственно-питьевых целей являются осветление, обесцвечивание, обезжелезивание, дефторирование, обеззараживание и фторирование.
Биоцидная обработка является одним из ведущих этапов водоподготовки, ее роль, в связи с повсеместным прогрессирующим микробным загрязнением источников водоснабжения, непрерывно возрастает. Главная ее цель — обеспечить безопасную для человека и окружающей природной среды, экономически оправданную и технологически достижимую профилактику эпидемических заболеваний, передающихся водным путем [7, 26].
Для биоцидной обработки сточных, оборотных и питьевых вод применяются различные технологии, основанные на использовании химических препаратов (обычно содержащих сильные окислители), а также физических излучений (рисунок).
Химические методы
С использованием галогенов
Л
Вг2
ВгС1
си
Хлорная известь
С/О,
ИаСЮ Са(СЮ)2
С использованием соединений кислорода
КМп04
н2о2
02
Озоно-флотация
Озонирование
Дехлорирование
Физические методы
Са^ОНЬ
-Т-
Щелочи
Феррат натрия
Перуксусная кислота
Ионы серебра
Ионы меди
УФ
Электроимпульс
Лазерное излучение
Ускоренные электроны
Гамма-излучение
1 г г г 1 г
502 ад ш2 зд Сульфоуголь Активированный уголь
Технологии химико-биоцидной обработки вод различной категории [8, 11, 27] с добавлениями
Из представленных на рисунке химических методов наиболее широкое применение на данный момент нашли хлорирование и озонирование. Среди физических методов интенсивно развивается УФ-обеззараживание. В данной статье мы рассматриваем метод химико-био-цидной обработки воды с использованием пе-роксида водорода с технико-экономических и эколого-гигиенических позиций, а также применимости их к работе на территориях с напряженной экологической обстановкой или в условиях произошедшей катастрофы природного или техногенного характера.
Пероксид водорода — бесцветная жидкость, смешивающаяся с водой в любых соотношениях. Чистый пероксид термически весьма устойчив, при 20 °С разлагается около 0,5 % в год [27]. В присутствии ионов некоторых тяжелых металлов, а также под действием света и при нагревании скорость распада сильно возрастает вплоть до взрыва. Стабильность водных растворов Н2О2 растет с увеличением концентрации ионов НзО+ и максимальна при рН 3,5—4,5.
Недостатком пероксида водорода является то, что его концентрированные растворы
взрывоопасны. Вызывает ожоги кожи, слизистых оболочек и дыхательных путей; его ПДК 1,4 мг/м3. Для стабилизации технического Н2О2 в него добавляют пирофосфат или стан-нат натрия [27].
Под влиянием полярных молекул воды пероксид водорода в водном растворе способен отщеплять протоны водорода, приобретая тем самым кислотные свойства. Н2О2 является очень слабой двухосновной кислотой (кх = 2,6 • 10 12, у воды — 10 14); в водном растворе пероксид водорода распадается, хотя и в незначительной степени, на ионы [2, 19, 29].
Н2О2 ^ Н+ + Н02-.
Диссоциация по второй ступени
Н02 ^ Н+ + 02
практически не идет, поскольку подавляется процессом диссоциации воды с образованием протонов водорода, который протекает с большей скоростью, нежели пероксид водорода.
Пероксид водорода обладает как окислительными, так и восстановительными свойст-— 2— 2 — вами: окисляет J до ^ Б03 до БО. ; восста-— 2+ 3 навливает МпО- до Мп2 и др. Однако для не-
го более присущи окислительные свойства, так как стандартный потенциал электрохимической системы:
Н2О2 + 2Н+ + 2 е о 2Н2О,
где пероксид водорода выступает как окислитель, равный около 1,78 В. Стандартный потенциал электрохимической системы:
О2 + 2Н+ + 2 е = Н2О2,
где Н2О2 является восстановителем, равен лишь 0,68 В. Таким образом, пероксид водорода способен окислять вещества, соответствующий потенциал которых больше указанного значения.
В работе [1] указывается, что основным механизмом бактерицидного действия перокси-да водорода является образование супероксидных и гидроксильных радикалов, которые могут, в свою очередь, оказывать либо прямое цитотоксическое действие, либо опосредованное, приводящее к повреждению молекул ДНК, а в дальнейшем и к гибели самой бактериальной клетки.
Предполагается, что указанные радикалы оказывают больший бактерицидный эффект, нежели сам исходный пероксид водорода. В частности, в работе [1] указывается, что в случае использования пероксида водорода как бактерицидного препарата каталитическое действие некоторых металлов обусловлено именно возникновением гидроксильных радикалов ОН [17].
Анализ литературных данных и практический опыт применения пероксида в процессах водоочистки и водоотведения показывает, что указанный препарат характеризуется рядом технологических преимуществ [1—3, 5, 12, 19, 20—23, 25, 29].
Во-первых, это возможность использовать его в широком диапазоне значений концентрации, температуры и реакции среды рН. Во-вторых, пероксиду водорода присуща высокая селективность окисления различных примесей, что, в свою очередь, позволяет минимизировать затраты на другие, подчас весьма дорогие, реагенты. В-третьих, в отличие от других окислителей, пероксид водорода характеризуется стабильностью, а его практическое применение не требует сложного аппаратурного оформления (как, например, в случаях с хлором и озоном). В-четвертых, остаточная концентрация пероксида водорода способствует протеканию процессов аэробной биологической очистки, а в природных водах Н2О2, в отличие от остаточного хлора, играет позитив-
ную роль [20—22]. Указанные обстоятельства обусловили довольно широкое распространение пероксида водорода в практике очистки сточных вод. Согласно [21], он используется для очистки сточных вод почти двадцати отраслей промышленности, бытовых сточных вод, дренажных и шахтных вод.
Особенно эффективен пероксид водорода в процессе обеззараживания сероводорода, сульфидов, сульфитов и тиосульфатов. Известно, что Н^Б, отличающийся высокой токсичностью [27], неприятным запахом, встречается в составе бытовых и промышленных сточных вод, а также природных вод. Его способность к биохимическому окислению на воздухе с образованием ^804 приводит к коррозии бетона и металлов. Предельно допустимая концентрация сероводорода в водоемах не предусмотрена — «отсутствие» [6, 14]. Органические и неорганические сульфиды, меркаптаны, тионаты являются не менее токсичными, в случае попадания в природные водоемы крайне отрицательно воздействуют на внутриводоемные, определяемые содержанием кислорода процессы. Для обеззараживания указанных соединений в различных водах с эффективностью может быть использован пероксид водорода. При этом в качестве катализатора, который позволяет существенно ускорить реакцию, часто применяют соли железа (II).
В таблице представлена информация относительно применения пероксида водорода для обезвреживания
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.