Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Анолит в процессах окислительной деструкции органических загрязняющих веществ

ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Анолит в процессах окислительной деструкции органических загрязняющих веществ"

На правах рукописи

Габленко Михаил Вячеславович

АНОЛИТ В ПРОЦЕССАХ ОКИСЛИТЕЛЬНОЙ ДЕСТРУКЦИИ ОРГАНИЧЕСКИХ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ

03.02.08-Экология

1 ПА» ¿012

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата химических наук

005011340

Москва-2012

005011340

Работа выполнена на кафедре промышленной экологии Российского химико-технологического университета имени Д.И. Менделеева

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Кручинина Наталия Евгеньевна

Официальные оппоненты:

зав. каф. промышленной экологии ИГХТУ доктор химических наук, профессор Гриневич Владимир Иванович

зав. каф. технологии защиты биосферы РХТУ им. Д.И. Менделеева доктор технических наук, профессор Клушин Виталий Николаевич

Ведущая организация: Казанский национальный исследовательский

технологический университет, г. Казань

Защита состоится 15 марта 2012 г. в 11.00 часов в ауд. 443 на заседании диссертационного совета Д 212.204.14 при РХТУ имени Д.И. Менделеева по адресу: 125047 г. Москва, Миусская пл., д. 9.

С диссертацией можно ознакомиться в Информационно-библиотечном центре РХТУ имени Д.И. Менделеева.

Автореферат разослан « 10 » февраля 2012 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

Сметанников Ю.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Окислительные методы находят всё большее применение в очистке сточных вод. В качестве оксидантов чаще всего используют озон, хлор, гипохлорит натрия, пероксид водорода, реже - реактив Фентона. Каждый из перечисленных реагентов имеет свои плюсы и минусы, поэтому внедрение передовых окислительных процессов (Advanced Oxidation Processes - AOPs) в практику водоочистки с использованием новых оксидантов представляется весьма актуальным.

Целью работы является синтез и исследование состава и свойств анолита, получаемого электролизом водных растворов NaCl, Na2C03 на установке «РЕДО» (НПО «Перспектива», г. Дубна).

Задачи исследования состояли в:

- изучении состава и окислительной активности анолита в зависимости от условий его получения;

- сравнительном исследовании процессов деструкции индивидуальных растворов красителей озоном, гипохлоритом натрия, анолитом, реактивом Фентона;

- выявлении превращений органических красителей в результате их деструкции;

- изучении адаптации активного ила к окислительному стрессу, вызванному присутствием пероксида водорода и анолита в биологически очищаемых модельных сточных водах пивоварения;

- экономической оценке перспективности внедрения анолита в практику водоочистки.

Научная новизна работы:

- определен состав и окислительная активность нейтрального анолита в зависимости от состава и концентрации электролита (NaCl, Ыа2СОз), плотности тока;

- показано, что окисление активных и кислотных красителей анолитом приводит к их быстрому и полному обесцвечиванию, а также к частичной деструкции молекул красителей с образованием кислот и альдегидов;

- на основании сравнительного изучения окислительной активности анолита, ги-похлорита натрия, озона, пероксида водорода и реактива Фентона выявлено, что нейтральный анолит на основе NaCl является перспективным реагентом в процессах очистки сточных вод от органических красителей;

- установлено, что использование анолита в процессах биологической очистки модельных сточных вод пивоваренного производства сопровождается адаптацией активного ила к окислительному стрессу и интенсифицирует процесс очистки.

Практическая значимость. Предложен метод окислительной деструкции красителей нейтральным анолитом на основе NaCl для очистки сточных вод текстильной промышленности. Обоснована возможность организации технологии совмещённой биологической и химической очистки сточных вод от органических загрязняющих веществ в условиях дробного внесения раствора анолита. Разработаны оригинальные технические решения по созданию высокопроизводительной электрохимической установки производства анолита, защищенные положительным решением по заявке на патент.

Личный вклад автора.

Автором лично осуществлены: аналитический обзор литературных источников, выбор объектов исследования, планирование и проведение экспериментальных исследований, обработка результатов экспериментов. Постановка цели и задач исследо-

вания, интерпретация и анализ полученных результатов, формулирование основных выводов диссертационной работы проведены соискателем совместно с научным руководителем.

Публикации и апробация работы. Результаты исследований доложены и обсуждены на XXII, XXIV международных конференциях молодых ученых «Успехи в химии и химической технологии», Москва 2008, 2010 г.г. Результаты работы представлены в 8 печатных публикациях, в том числе 3-х статьях в журналах списка ВАК.

Достоверность результатов работы основана на использовании сертифицированных методов исследования, воспроизводимости экспериментальных данных, непротиворечивости полученных результатов литературным источникам.

Структура и объём диссертации. Диссертация изложена на 134 стр., содержит 20 табл., 50 рис. и состоит из введения, литературного обзора, методики исследований, экспериментальной части и обсуждения результатов эксперимента, выводов, приложений и списка цитированной литературы, включающего 129 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы, сформулированы цели и задачи работы.

В первой главе - Литературном обзоре - рассмотрены достоинства и недостатки окислительной деструкции различных поллютантов озоном, пероксидом водорода, хлором, гипохлоритом натрия и реактивом Фентона. Приведены литературные данные по окислительным методам очистки сточных вод текстильного и пивоваренного производств. Описаны технические устройства, обеспечивающие электрохимический синтез анолитов, обладающих бактерицидными и окислительными свойствами.

Во второй главе - Методике эксперимента - приведен состав исследованных красителей, изложены методики проведения экспериментов и методы аналитического определения основных параметров, характеризующих эффективность процессов окисления модельных сточных вод анолитом.

Эксперименты проведены на модельных водных растворах индивидуальных красителей (табл. 1) и модельной сточной воде пивоваренного производства.

Таблица 1. Перечень исследованных красителей

Наименование красителя Класс красителя Группировки в составе красителя

Lanasol Black Активный Азокраситель, нафтоловая, бензольная, сульфогруппа

Lanaset Blue Кислотный Антрахиноновая, бензольная, сульфогруппа, хлор-циангруппа

Mikidren Brilliant Green Кубовый Бензантроновая

Terasil Orange Дисперсный Азокраситель, бензольная

Bidantlon Pink Кубовый Бензольная, хлорсодержа-щий

Synozol Blue Активный Антрахиноновая, бензольная, сульфогруппа, хлор-триазиновая

Наименование красителя Класс красителя Группировки в составе красителя

Cibacron Blue Активный Триазиновая, бензольная, сульфо-, нитрогруппы

Cibacron Red Активный Азокраситель, триазиновая, бензольная, сульфогруппа

Turquoise Blue Активный малорастворимый Бензольная, триазиновая, полициклический, сульфогруппа

Cibacron Yellow Активный Азокраситель, фтор-триазиновая, бензольная, сульфогруппа

Corafix Yellow Активный Азокраситель, хлор-триазиновая, бензольная, сульфогруппа

В качестве окислителей использовали озон, гипохлорит натрия, анолит и реактив Фентона.

Озон получали в генераторе озона ОБ-ЗО с номинальной производительностью по озону 30 г/час и концентрацией озона в газовой фазе от 1 до 100 г/м3. В экспериментах концентрация озона на входе в реактор составляла 40 г/м3, расход газа - 2 л/мин, что соответствовало 0,8 г Оз/л мин.

Для обесцвечивания растворов индивидуальных красителей использовали анолит, синтезируемый из водного раствора ЫаС1 (хлорный анолит) или №2С03 (бесхлорный анолит) в установке электрохимической обработки воды и водных растворов «РЕДО» (рис. 1).

Выход анолнта

Рис. 1. Схема установки «РЕДО»

Концентрированный водный раствор №С1 или ЫарСОз поступает через эжектор-ный насос в проточную водопроводную воду и подается в катодный контур электрохимического процессора (ЭПП), а затем в анодный контур. рН синтезируемого като-лита может достигать 9,0 - 12,0. Величина тока прямопропорциональна концентра-

ции солевого раствора, подаваемого в водопроводную воду. Датчик включения отвечает за подачу питания на процессор. Дросселем «католит» варьируется объём генерируемого раствора католита, направляемого в анодный контур. В анодном контуре происходит униполярная обработка поступающего из катодного контура раствора, в результате раствор насыщается оксидантами различных типов, происходит понижение рН до нейтральных значений.

Окисление красителей реактивом Фентона осуществляли пероксидом водорода в присутствии ионов металлов переменной валентности. Для этого в раствор красителя добавляли рассчитанные количества раствора пероксида водорода и растворы сульфата железа (И), хлорида железа (III), хлорида меди (I), сульфата меди (II), нитрата кобальта (II), сульфата марганца (И), сульфата серебра (I), а также оксид железа (III), диоксид свинца, оксид цинка, диоксид титана. Эксперимент проводили в щелочной и кислой средах.

Концентрации красителей, одноосновных карбоновых кислот, альдегидов, озона определялись спектрофотометрическим методом по стандартизированным методикам. Изменение ХПК контролировали арбитражным бихроматным методом; содержание хлорид-ионов и суммарную концентрацию окислителей в анолите - титримет-рическим методом. Токсичность растворов красителей до и после окисления определяли методом биотестирования (тест-объекты - дафнии Daphnia Magna и водоросли Scenedesmus quadricauda). Случайная погрешность измерений концентрации красителя в воде, определенная в серии из 5 опытов для доверительной вероятности 0,95, не превышала 10 %, для ХПК - 20 %.

В третьей главе приведены результаты экспериментов и их обсуждение.

Изучение состава анолита, синтезированного электрохимическим методом из водного раствора хлорида натрия

Проходя через анодную камеру установки «РЕДО», солевой раствор соприкасается с поверхностью анода. В анодном пространстве возможно образование активных окислителей (НСЮ, С102~, С1СГ, С12, С120, СЮз", Ог, 03 и др.), а также кислородсодержащих радикалов по реакциям:

На рис. 2, 3 представлены результаты определения суммарной концентрации окислителей в хлорном и бесхлорном анолитах титрованием солью Мора в присутствии Ы,Ы-диэтил-1,4-фенилендиаминсульфата.

2СГ - 2е С12 2С12 + 2Н20 —>2НСЮ + 2НС1 НСЮ + ОН- -> СЮ" + Н20 2Н20 - бе —► О3 + 6Н20 СГ + 20Н" - 2е -> СЮ" + Н20 6С10" - бе + Н20 -> СЮз" + 5СГ + 202 + 21Г НСЮ -» НС1 + О'

г+

СГ + 40Н" - 4е -» СЮ2" + 2Н20 2Н20 - 4е -> 4Н* + 02 Н02" - 2е 02 + Н' Ог + НгО-ге-^Оз + гН" 02 + О' —> Оз Н02" - с ->Н02' ОН" - е —> НО'

r/тт

2(о;овюі.'

60 90 120 150 180 С (ЫаС1, Ка2С03), г/л

Рис. 2. Зависимость концентрации окислителей в хлорном (1) и бесхлорном (2) анолитах от исходной концентрации электролита

Рис. 3. Зависимость концентрации окислителей в хлорном анолите от силы тока при различных концентрациях NaCl (г/л): 1 -25; 2 - 50; 3 - 75; 4 - 100; 5 - 150; 6 - 200

Суммарное содержание окислителей в анолите возрастает при увеличении концентрации подаваемого в электролизёр раствора ЫаС1 и силы тока, проходящего через него. С увеличением силы тока от 5 до 8 А (плотности тока от 0,4 до 0,6 мА/м2) при концентрации ЫаС1 100 г/л содержание окислителей в анолите возрастает в 15 раз.

Электролиз содового раствора сопровождается протеканием в анодной области следующих реакций:

2С032~-2е^С2062"";

С2062' + 2Н20 -> 2НС03" + Н202;

Н202 - 2е 2Н+ + 02;

ЗН20 - бе — 03 + 6Н+.

Таблица 2. Концентрация озона и окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) в хлорном и бесхлорном анолите

Концентрация солевого раствора, г/л Сила тока (I), А Плотность тока (А), мА/м2 Концентрация озона в анолите, мг/л (ОВП), В

Бесхлорный анолит

25 3,4 0,27 3,84 +0,06

50 6,3 0,51 5,83 +0,14

100 6,8 0,54 5,94 +0,15

150 7,3 0,58 7,17 +0,17

Хлорный анолит

25 Н 5,1 0,41 1,17 +0,71

50 6,8 0,54 2,33 +0,88

100 7,1 0,57 3,03 +0,91

150 7,8 0,62 4,19 +0,98

С увеличением силы тока и концентрации солевого раствора содержание озона в анолите возрастает (табл. 2). Применение Ка2СОз в качестве электролита обеспечива-

ет большее содержание озона в анолите, чем при использовании NaCl. Данный факт, вероятно, связан с тем, что озон, образующийся в анодном пространстве при использовании NaCl, частично расходуется на окисление по реакциям:

С1СГ+ О3 —> CIO2" + 02;

2СГ + 03 + 2Н* -» С12 + Н20; СГ + 03-»СЮ" + 02.

Тем не менее, данные табл. 2 свидетельствуют, что наибольшей окислительной способностью обладает анолит, полученный электролизом раствора NaCl с концентрацией 75- 100 г/л при силе (плотности) тока 8 А (0,63 мА/м2).

Озонирование растворов органических красителей

На рис. 4 представлены экспериментальные результаты озонирования модельных растворов красителей кубового (Mikidren Brilliant Green), активного (Synozol Blue) и активного малорастворимого (Turquoise) с концентрацией 100 мг/л. В отличие от Synozol Blue обесцвечивание красителя Turquoise Blue и Mikidren Brilliant Green завершается лишь через 50 минут озонирования, а, %

30 40 t, мин.

400 600 800 длина волны, нм

Рис. 5. Электронные спектры красителя Synozol Blue: 1 - до озонирования; 2 - после озонирования

Рис. 4. Степень обесцвечивания красителей от времени озонирования: 1 - Synozol Blue, 2 - Turquoise, 3 - Mikidren Brilliant Green

Анализ электронных спектров (рис. 5) растворов красителя Synozol Blue свидетельствуют, что озонирование приводит к полному разрушению хромофорной группировки (>. = 590 нм) с частичным разрушением антрахиноновой группировки (X = 240 - 270 нм) и возможным образованием органических кислот и альдегидов (X = 200 - 220 нм и X = 290 нм соответственно).

Обесцвечивание растворов красителей реактивом Фентона

К передовым окислительным процессам относятся окисление загрязняющих веществ пероксидом водорода в присутствии ионов металла переменной валентности (реактивом Фентона).

В работе изучено обесцвечивание растворов красителей с концентрацией 100 мг/л пероксидом водорода (концентрация 4 г/л) в сочетании с ионами металлов пере-

менной валентности (концентрация 100 мг/л) в кислой и щелочной средах по прошествии 40 минут (табл. 3). Наибольшей деструкции, как и при озонировании, подвержены активные красители Synozol Blue и Lanasol Black, при этом их окисление наиболее эффективно протекает в присутствии ионов меди в щелочной среде и ионов железа в кислой среде, а кубового Mikidren Brilliant Green - в присутствии ионов кобальта и/или железа в щелочной и кислой средах соответственно.

Таблица 3. Степень обесцвечивания (а) растворов красителей реактивом Фентона

Тип красителя Степень обесцвечивания, %

при pH = 3

Fe Fe Ag+ Pb02 Co2+ Mn2+ ZnO TiO?

Mikidren Brilliant Green 57 58 30 28 24 24 25 36

Synozol Blue 98 99 97 97 96 94 95 93

Terasil Orange 57 46 50 48 54 57 50 57

Lanasol Black 69 85 53 , 53 55 54 48 53

при pH = 10

Cu2+ Cu+ AR Pb02 Co* Mn ZnO Ti02

Mikidren Brilliant Green 12 18 10 9 76 12 9 19

Synozol Blue 98 97 14 54 80 19 17 23

Terasil Orange 25 19 20 46 18 23 17 17

Lanasol Black 30 26 17 25 48 15 17 17

Представленные на рис. 6 электронные спектры поглощения водных растворов красителя Lanasol Black с концентрацией 100 мг/л (рис. 6) (система Fe 7Н202 и Fe37H202 при рН=3) свидетельствуют о глубокой деструкции молекулы с полным разрушением хромофорной и бензольной группировок (X = 600 нм и X = 250 - 270 нм соответственно) и появлением пиков в области длин волн 200 - 220 нм и 290 нм, свойственных органическим кислотам и/или альдегидам.

Рис. 6. Электронные спектры поглощения растворов красителя Lanasol Black: 1 -исходный раствор; 2 - после обработки Fe3+/H202; 3 - после обработки Fe2+/H202

Спекгрофотометрически подтверждено, что концентрация одноосновных карбо-новых кислот (в пересчёте на уксусную кислоту) при окислении красителя Lanasol Black составила 3,54 мг/л, концентрация альдегидов (в пересчёте на формальдегид) -1,30 мг/л.

Исследование процессов обесцвечивания растворов красителей хлорсодер-жащими оксидантами

Для очистки сточных вод, содержащих красители, широко используют окислительные процессы с участием «активного хлора» в виде водных растворов, содержащих С12, НОС1, С120, СЮ3, СЮз". Для получения таких растворов часто используют электрохимическую обработку раствора хлорида натрия. В этой связи проведено сопоставление результатов по обесцвечиванию модельных растворов индивидуальных красителей хлорным анолитом и гипохлоритом натрия, что имеет несомненное практическое значение.

Экспериментально установлено (рис. 7), что при увеличении суммарной концентрации окислителей степень обесцвечивания красителей возрастает (время обработки 60 минут). Снижение интенсивности поглощения (рис. 8) с максимумами при 590 нм (хромофорная группировка) и 270 - 310 нм (бензольные, антрахиноновые группировки) при увеличении концентрации оксиданта в анолите позволяет судить о глубине деструкции молекулы красителя. Одновременно увеличивается скорость окисления всех красителей.

0,14 0,21 ,0,28

Сок„сл, Г/Л

450 600 750 длина волны,нм

Рис. 7. Зависимость степени обесцвечивания красителей (С„=100 мг/л) от суммарной концентрации окислителя. 1 - Бупого!

Рис. 8. Электронные спектры красителя Synozol Blue при различных концентрациях окислителя (г/л). 1 - 0; 2 - 0,016; 3 ■

Blue, 2 - Mikidren Brilliant Green, 3 - Terasil 0,032; 4 - 0,064; 5 - 0,16; 6 - 0,32.

Orange

Существенный интерес представляет сравнение активности анолита с активностью раствора гипохлорита натрия, полученного в промышленных условиях. Для сопоставления эксперименты по определению остаточной концентрации красителя (Ск) и степени обесцвечивания (а, %) проведены в условиях равенства содержания окислителей (табл. 4). Начальная концентрация красителей составляла 50 мг/л, концентрация окислителя в анолите и гипохлорите 0,07 г/л, время обработки 1 час.

Установлено, что активный и кислотный красители наиболее подвержены деструкции. Степень обесцвечивания красителей хлорным анолитом выше, чем при обработке гипохлоритом, вследствие присутствия в анолите смеси окислителей (в первою очередь озона). Обработка растворов красителей бесхлорным анолитом менее эффек-

тивна. Результаты исследования кинетики окисления растворов, содержащих красители Synozol Blue, Corafix Yellow, Cibacron Red, Turquiose Blue позволили констатировать, что при окислении хлорным анолитом и гипохлоритом степень обесцвечивания возрастает с увеличением времени обработки, достигая максимального значения (до 99 %) за 30 мин.

Таблица 4. Эффективность обесцвечивания растворов красителей анолитом и гипохлоритом натрия

Краситель Хлорный анолит Бесхлорный анолит Гипохлорит натрия

Ск, мг/л а, % Ск, мг/л а, % Ск, мг/л а, %

Synozol Blue 0,2 99,6 46,5 7,0 0,3 99,3

Lanaset Black 2,6 94,8 44,8 10,4 9,1 81,8

Mikidren Brilliant Green 45,4 9,3 47,7 4,7 46,8 6,3

Обработка растворов красителей хлорсодержащими агентами снижает интенсивность пика, соответствующего хромофорной группировке (в случае красителя Corafix Yellow - 400 нм, Turquiose Blue - 750 нм, Cibacron Red - 500 нм, Synozol Blue - 590 нм). Пики при длине волны 210 - 230 нм, появляющиеся после обработки растворов красителей анолитом и гипохлоритом натрия, соответствуют возможным устойчивым продуктам деструкции рассматриваемых красителей (кислоты, альдегиды, спирты), а пик при длине волны 270 - 310 нм соответствует бензольным группировкам.

Результатами окисления всего исследованного ряда красителей в широком диапазоне начальных концентраций (от 30 до 150 мг/л) хлорсодержащим анолитом доказано, что практически полное обесцвечивание модельных растворов возможно только для красителей кислотного и активного классов. Кубовые Mikidren Brilliant Green и Bidantlon Pink, а также дисперсный Terasil Orange анолитом обесцвечиваются недостаточно полно.

Взаимодействие органических красителей с окислителями может привести к образованию не менее токсичных, чем исходные растворы, органических соединений, не обладающих цветностью. В этой связи, в работе выполнено определение токсичности растворов красителей обесцвеченных реактивом Фентона и анолитом, методом биотестирования; на дафниях Daphnia Magna и водорослях Scenedesmus quadricauda (табл. 5). В качестве показателей острой токсичности использовали безопасную (БКР) и летальную (JIKP) кратности разбавления растворов.

Для выяснения причин остаточной токсичности предпринята попытка идентификации продуктов деструкции обесцвеченных растворов хроматографическим методом. Данные высокоэффективной жидкостной хроматографии раствора анолита и обесцвеченного раствора красителя Lanaset Blue позволили констатировать образование новых органических соединений. Предположительно, именно эти соединения, наряду с остаточным красителем, и обусловливают токсичность раствора. Чёткой идентификации этих соединений выполнить не удалось.

Таблица 5. Результаты биотесгарования исходных и обработанных реактивом Фентона и анолитом растворов красителей

Краситель Критерий токсичности Исходный раствор После обработки реактивом Фентона После обработки анолитом

Дафнии

БКР 246 20 75

Corafix Yellow JIKP 104 2 14

Водоросли

БКР 127 7 32

JIKP 65 1 13

Дафнии

БКР 991 123 242

Synozol Blue JIKP 90 2 69

Водоросли

БКР 216 17 163

JIKP 50 4 58

Дафнии

БКР 313 6 41

Turquoise Blue JIKP 44 1 4

Водоросли

БКР 130 3 16

JIKP 37 1 3

Дафнии

БКР 397 6 30

Cibacron Yellow JIKP 46 2 7

Водоросли

БКР 173 4 16

JIKP 48 2 5

Дафнии

БКР 432 35 56

Cibacron Blue JIKP 33 4 ■ 6

Водоросли

БКР 432 35 56

JIKP 33 4 6

Дафнии

БКР >3000 - 215

Lanaset Blue JIKP - 20

Водоросли

БКР 3033 - 168

JIKP 176 - 24

Дафнии

БКР 312 - 77

Lanasol Black JIKP 35 - 12

Водоросли

БКР 367 - 169

JIKP 33 - 14

Определено, что влияние рассмотренных методов очистки воды на токсические свойства раствора неодинаково. Полученные результаты свидетельствуют о том, что обесцвеченные растворы сохраняют определенную токсичность и в отношении дафний, и в отношении водорослей.

Совокупность изложенного позволяет сделать вывод, что окисление водных растворов красителей хлорным анолитом, синтезируемым из водного раствора хлорида натрия в установке «РЕДО», является весьма перспективным способом окислительной деструкции сложных органических соединений по сравнению с традиционно применимыми окислителями.

Учитывая, что исследованный процесс окислительной деструкции красителей не обеспечивает достижения их ПДК, а очищенной воде присуща остаточная токсичность (табл. 5), целесообразно использовать окисление анолитом как предварительную стадию с последующей доочисткой вод на городских или локальных станциях биологической очистки.

Биологическая очистка сточных вод, содержащих органические соединения

Биологическая очистка сточных вод осуществляется сообществом микроорганизмов активного ила и заключается в биохимическом разрушении органических веществ, растворённых и эмульгированных в сточных водах.

Повысить биодеструкцию можно путем совмещения методов химического окисления с биологическими. При этом соединения, трудно поддающиеся биологической деструкции, под воздействием окислителя (например, пероксида водорода или аноли-та) могут частично разлагаться с образованием биодоступных фрагментов. Однако в этом случае необходимо решить проблему совместимости биодеструкции с активным абиотическим воздействием - стрессовым влиянием окислителя на микроорганизмы. Эта проблема может быть решена в ряде случаев путем адаптации активного ила к присутствию повышенных концентраций окислителя (Н2О2 или анолита).

Эксперименты по адаптации активного ила к пероксиду водорода и анолиту проведены в работе на модельных сточных водах пивоваренного производства с использованием в качестве показателя эффективности очистки величины ХПК. В экспериментах использован гранулированный активный ил, отобранный из очистных сооружений Вороновского завода по переработке солода. В качестве модельного пивного стока использован раствор пива «Балтика 0», разбавленный в 50 раз водой и выдержанный в течение 5 суток при комнатной температуре.

.ХПК, мгО/л

2000

2500

1500

1000

500

-----1---1-' ~ - "—Т-

2 4П 6 8 10 Время, сутки

+

Рис. 9. Биоокисление модельной сточной воды при одноразовом внесении окислителя: 1 - без окислителя, 2 - Н202 (35 мг/л), 3 - Н202 (70 мг/л), 4 - бесхлорный анолит

(5 мг/л)

Результаты очистки модельного пивного стока активным илом в присутствии пероксида водорода и бесхлорного анолита иллюстрируют, что внесение анолита в большей степени интенсифицирует процесс биоразложения (кривые 1, 4 рис. 9). Достоинством раствора бесхлорного анолита является отсутствие хлора и хлорпроизвод-ных соединений, угнетающих жизнедеятельность микроорганизмов.

На рис. 10 представлены результаты биоокисления органических веществ активным илом в присутствии хлорного анолита.

Рис. 10. Кинетика биоокисления органических веществ адаптированным активным илом (одноразовое внесение): 1 - без окислителя, 2 - активный ил с анолитом, 3 - адаптированный ил с анолитом. а) -2-й пересев; б) - 4-й пересев.

Установлено (кривые 1, 3 рис. 10), что внесение хлорного анолита ускоряет процесс биоразложения, что может быть связано с прямой окислительной деструкцией загрязняющих веществ в модельной сточной воде и образованием более подверженных биодеструкции фрагментов. Адаптация ила к окислителю приводит к образованию культуры, устойчивой к окислительному стрессу и, как следствие, к интенсификации биоразложения в условиях совмещённого процесса очистки (кривые 3 на рис. 10), это обусловливается снижением времени обработки с 5 до 3 суток.

Дробное внесение окислителя в процессе биоочистки может быть более предпочтительным, чем разовое внесение такого же количества окислителя, поскольку во втором случае разовая («ударная») доза окислителя может оказывать более сильное стрессовое воздействие на микроорганизмы активного ила.

Таблица 6. Изменение ХПК в зависимости от способа внесения хлорного анолита

Время, сутки Изменение ХПК, мгО/л

Неадаптированный Адаптированный ил с аноли- Адаптированный ил с ано-

ил без анолита том одноразовое внесение литом дробное внесение

0 2200 2200 2200

1 1000 816 420

2 600 220 150

3 300 100 30

4 100 0 0

5 0 0 0

Проведена сравнительная оценка вариантов внесения пероксида водорода, бесхлорного и хлорного анолита в таком же количестве, что и в случае одноразового внесения, но равными частями в течение 5 дней (дробное окисление) (табл. 6, на примере хлорного анолита).

В условиях дробного окисления гранулы аэробного ила испытывают меньший стресс, легче адаптируются, быстрее и эффективнее очищают сточную воду.

Изменение размеров гранул активного ила в ходе его адаптации к воздействию хлорсодержащего анолита свидетельствует о явном приросте биомассы адаптированного ила с хорошо развитой поверхностью гранул (рис. 11).

Рис. 11. Изменение диаметра (В) гранул

ила в процессе адаптации к хлорному

анолиту (а) и пероксиду водорода (б)

ШБ= 1-2 мм а О = 2-4 мм Ю = 3-бмм В Б = 6-9 мм

пересев

Добавление нейтрального анолита практически не влияет на изменение рН среды по сравнению с контрольным экспериментом (рН изменялось от 6,5 до 7,5).

Факт успешной адаптации подтверждают результаты фотографирования образцов ила (рис. 12). Рост неадаптированного ила в условиях окислительного стресса идет медленно, гранулы ила слабо окрашены, количество гранул немногочисленно по сравнению с адаптированным илом.

Рис. 12. Фото неадаптированного (а) и адаптированного (б) к хлорному анолиту ила

Полученные экспериментальные данные позволяют сделать вывод о том, что совмещённый метод биологической очистки модельной сточной воды пивоваренного производства в присутствии окислителей интенсифицирует процесс очистки. При этом адаптация ила протекает наилучшим образом в условиях дробного воздействия окислителя (хлорного анолита), обеспечивая быструю и глубокую очистку воды.

Технические решения по созданию высокопроизводительных электрохимических установок по производству анолита

Практическое внедрение разработанного метода требует разработки и создания промышленных установок электрохимического синтеза анолита. В ходе работы разработана новая конструкция аппарата, обеспечивающая производительность по анолиту до 1 м3/час. Получено положительное решение по заявке на патент «Проточный электрохимический активатор». Пилотный модуль, изготовленный в соответствии с поданной заявкой, прошел испытания в г. Луганск (Украина) на ООО «Милленниум» при обеззараживании питьевой воды и дезинфекции съёмных ёмкостей и автоцистерн, о чём имеются акты. В настоящее время анолит, синтезируемый на пилотной установке, проходит испытания на станции городской очистки сточных вод г. Луганска.

Экономическая оценка перспективности внедрения анолита в практику во-доподготовки и водоочистки

Проведенные оценочные расчеты позволили оценить полные и удельные капитальные вложения в строительство цеха по производству анолита мощностью 21600 т/год, а также величины себестоимости годового выпуска продукции и себестоимость 1 м3 анолита (табл. 7).

Таблица 7. Итоговые экономические показатели

Наименование показателя Годовые затраты, тыс.руб. Удельные затраты, руб./м

Капитальные затраты 11278,20 522,14

Себестоимость анолита 4669,96 216,20

Приведенные затраты 6361,69 294,52

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Изучен состав электрохимически синтезируемого нейтрального анолита. Доказано, что наибольшей окислительной способностью обладает анолит, полученный на основе хлорида натрия (75 - 100 г/л) при плотности тока 0,63 мА/м2.

2. Проведен сравнительный анализ эффективности пероксида водорода, озона, реактива Фентона, гипохлорита натрия и анолита в процессах окислительной деструкции органических красителей. Показано, что анолит обеспечивает высокую эффективность обесцвечивания (до 99 % - в случае активных и кислотных красителей) и их частичную деструкцию матрицы.

3. Проведена оценка токсичности обработанных анолитом растворов красителей методом биотестирования, в результате которой констатировано, что остаточная токсичность сохраняется.

4. На основании сопоставления электронных спектров поглощения исходных и обесцвеченных растворов красителей установлено, что окисление приводит к глубокой или частичной деструкции бензольных, антрахиноновых, триазиновых, нафтоловых и хромофорных группировок красителей с образованием альдегидов и кислот.

5. Изучены условия адаптации активного ила к окислительному стрессу в присутствии пероксида водорода и анолита. Установлено, что адаптация активного ила к анолиту на основе хлорида натрия существенно интенсифицирует процесс биологической очистки модельных сточных вод пивоварения.

6. Обоснована возможность организации технологии совмещённой биологической и химической очистки сточных вод от органических загрязняющих веществ в условиях дробного внесения раствора анолита.

7. Разработаны оригинальные технические решения по созданию высокопроизводительной электрохимической установки по производству анолита на основе поваренной соли и воды, техническая новизна которых подтверждена положительным решением по заявке на патент.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах

1. Габленко М.В., Тимашева H.A., Шалбак A., Jle Туан Шон. Использование электрохимического раствора анолит для очистки сточных вод от синтетических красителей // Тезисы докладов XXII Международной конференции молодых ученых «Успехи в химии и химической технологии», Москва, 2008. - Т. XXII. - № 13 (93). -С. 44-47.

2. Тимашева H.A., Габленко М.В., Шалбак А., Ле Туан Шон. Использование алюмокремниевого флокулянта-коагулянта для очистки сточных вод от синтетических красителей // Тезисы докладов XXII Международной конференции молодых ученых «Успехи в химии и химической технологии», Москва, 2008. - Т. XXII. - № 13 (93).-С. 69-71.

3. Кручинина Н.Е., Габленко М.В., Тимашева H.A., Шалбак А. Обесцвечиванием красителей в сточных водах электрохимическим окислителем // Безопасность в техносфере. - 2009. - № 1,-С. 10-14.

4. Габленко М.В., Шалбак А., Иванцова H.A. Деструкция и обесцвечивание модельных растворов красителей // Тезисы докладов XXIV Международной конференции молодых ученых «Успехи в химии и химической технологии», Москва, 2010 - Т. XXIV.-№ 11.-С. 17-20.

5. Кручинина Н.Е., Шалбак А., Иванцова H.A., Тимашева H.A., Габленко М.В. Окислительная деструкция органических красителей реактивом Фентона и анолитом // Вода. Химия и экология. - 2011. -№ 9. - С. 32-38.

6. Кручинина Н.Е., Тимашева H.A., Иванцова H.A., Габленко М.В. Исследование процессов обесцвечивания и деструкции красителей // Тезисы докладов XIX Менделеевского съезда по общей и прикладной химии, Волгоград, 2011. - Т. 3. - С. 470.

7. Габленко М.В., Кручинина Н.Е., Иванцова H.A., Тучина И.А. Реагентная очистка воды от красителей анолитом и гипохлоритом натрия // Сборник научных трудов "Экологические проблемы промышленных городов", Саратов, 2011. - Ч. 2. - С. 175178.

8. Габленко М.В., Кручинина Н.Б., Кузнецов А.Е., Иванцова H.A. Биологическая очистка модельных сточных вод пивоваренного производства в присутствии электрохимически синтезированного оксиданта // Вода. Химия и экология. - 2012. - № 2. - С. 34-36.

Заказ № 11_Объём 1,0 п.л._Тираж 100 экз.

Издательский центр РХТУ им. Д.И. Менделеева

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата химических наук, Габленко, Михаил Вячеславович, Москва

61 12-2/305

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКИЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА

На правах рукописи

ГАБЛЕНКО МИХАИЛ ВЯЧЕСЛАВОВИЧ

АНОЛИТ В ПРОЦЕССАХ ОКИСЛИТЕЛЬНОЙ ДЕСТРУКЦИИ ОРГАНИЧЕСКИХ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ

03.02.08-Экология

ДИССЕРТАЦИЯ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА ХИМИЧЕСКИХ НАУК

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ: доктор технических наук, профессор Кручинина Н.Е.

Москва-2012

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 6

1.1. Методы окислительной деструкции в очистке сточных вод 6

1.2. Характеристики сточных вод текстильной промышленности 16 1.3 Методы очистки сточных вод текстильного производства 18

1.4. Характеристика сточных вод пивоваренных производств 25

1.5. Методы очистки сточных вод пивоваренных производств 28

1.6. Обеззараживание сточных вод 34

1.7. Электрохимическая обработка водных растворов. Прошлое и на-

38

стоящее

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА 50

2.1. Объекты исследования 50

2.2. Методы анализа и проведения эксперимента 53

2.3. Статистическая обработка экспериментальных данных 63 ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 65

3.1. Изучение состава анолита, синтезированного электрохимическим

65

методом из водного раствора хлорида натрия

3.2. Деструкция органических красителей окислителями 69

3.2.1. Озонирование растворов органических красителей 69

3.2.2. Обесцвечивание растворов красителей реактивом Фентона 72

3.2.3. Исследование процессов обесцвечивания растворов красителей хлорсодержащими оксидантами

3.3. Биологическая очистка сточных вод, содержащих органические соединения

3.4. Технические решения по созданию высокопроизводительных электрохимических установок по производству анолита

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 104

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 105

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Оценка экономических показателей строительства и ^ эксплуатации предприятия по производству раствора анолита ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Протоколы испытаний 13 0

83

93

102

ВВЕДЕНИЕ

Проблемы водоочистки являются одними из актуальнейших в современном мире. Они усугубляются постоянным ростом водопотребления и повышением требований к качеству воды.

Серьезную проблему представляет очистка сточных вод текстильной промышленности, как с точки зрения больших объемов образующихся сточных вод, так и с точки зрения их токсичности, обусловленной многокомпонентным составом органических загрязняющих веществ. Для очистки воды от органических соединений (в частности от красителей) существует множество методов, однако многие из них не являются достаточно эффективными. Поэтому разработка новых методов и технологий обезвреживания подобных стоков чрезвычайно актуальна.

Всё большее применение в очистке сточных вод находят окислительные методы. В качестве оксидантов чаще всего используют озон, хлор, гипохло-рит натрия, пероксид водорода, реже - реактив Фентона. Каждый из перечисленных реагентов имеет свои плюсы и минусы, поэтому внедрение передовых окислительных процессов (Advanced Oxidation Processes - AOPs) в практику водоочистки с использованием новых оксидантов также представляется весьма актуальным.

Передовые окислительные методы могут оказаться полезными как в практике очистки сточных вод текстильной промышленности, так и других отраслей, в сточных водах которых присутствуют сложные органические соединения - пищевой, пивоваренной, кожевенной и т.д.

Анализ действующих технологий водоочистки показывает, что реагент-ные методы, как правило, не обеспечивают необходимую глубину очистки до требуемых значений ПДК. Поэтому конечной стадией в технологиях водоочистки является биологическое окисление, осуществляемое сообществом микроорганизмов. Присутствие в обработанных окислителями сточных водах остаточных количеств сильных оксидантов - хлора, озона, гипохлорита натрия - могут привести к угнетению активного ила в условиях окислительного

стресса. Поэтому целью данной работы явилось не только исследование возможности окислительной деструкции органических соединений в модельных сточных водах текстильного производства и пивоварения новым оксидантом - нейтральным анолитом, но и изучение адаптации активного ила к воздействию этого оксиданта.

Целью работы является синтез и исследование состава и свойств ано-лита, получаемого электролизом водных растворов №01, №2С03 на установке «РЕДО» (НПО «Перспектива», г. Дубна).

Задачи исследования состояли в:

- изучении состава и окислительной активности анолита в зависимости от условий его получения;

- сравнительном исследовании процессов деструкции индивидуальных растворов красителей озоном, гипохлоритом натрия, анолитом, реактивом Фентона;

- выявлении превращений органических красителей в результате их деструкции;

- изучении адаптации активного ила к окислительному стрессу, вызванному присутствием пероксида водорода и анолита в биологически очищаемых модельных сточных водах пивоварения;

- экономической оценке перспективности внедрения анолита в практику водоочистки.

Научная новизна работы:

- определен состав и окислительная активность нейтрального анолита в зависимости от состава и концентрации электролита (ЫаС1, Ка2С03), плотности тока;

- показано, что окисление активных и кислотных красителей анолитом приводит к их быстрому и полному обесцвечиванию, а также к частичной деструкции молекул красителей с образованием кислот и альдегидов;

- на основании сравнительного изучения окислительной активности анолита, гипохлорита натрия, озона, пероксида водорода и реактива Фентона

выявлено, что нейтральный анолит на основе №0 является перспективным реагентом в процессах очистки сточных вод от органических красителей;

- установлено, что использование анолита в процессах биологической очистки модельных сточных вод пивоваренного производства сопровождается адаптацией активного ила к окислительному стрессу и интенсифицирует процесс очистки.

Практическая значимость. Предложен метод окислительной деструкции красителей нейтральным анолитом на основе №С1 для очистки сточных вод текстильной промышленности. Обоснована возможность организации технологии совмещённой биологической и химической очистки сточных вод от органических загрязняющих веществ в условиях дробного внесения раствора анолита. Сформулированы технические решения по созданию высокопроизводительной электрохимической установки по синтезу анолита, подтвержденные положительным решением по заявке на патент.

Личный вклад автора. Автором лично осуществлены: аналитический обзор литературных источников, выбор объектов исследования, планирование и проведение экспериментальных исследований, обработка результатов экспериментов. Постановка цели и задач исследования, интерпретация и анализ полученных результатов, формулирование основных выводов диссертационной работы проведены соискателем совместно с научным руководителем.

Публикации и апробация работы. Результаты исследований доложены и обсуждены на XXII, XXIV международных конференциях молодых ученых «Успехи в химии и химической технологии», Москва 2008, 2010 г.г. Результаты работы представлены в 8 печатных публикациях, в том числе 3-х статьях в журналах списка ВАК.

Достоверность результатов работы основана на использовании сертифицированных методов исследования, воспроизводимости экспериментальных данных, непротиворечивости полученных результатов литературным источникам.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 1.1. Методы окислительной деструкции в очистке сточных вод

Технологические схемы очистки сточных вод разрабатываются в зависимости от вида и концентрации загрязнений. Для очистки промышленных стоков в числе прочих применяются деструктивные методы, суть которых состоит в разрушении вредных примесей и переводе их в нетоксичные продукты [1].

Одним из таких методов является окислительная деструкция, осуществляемая с использованием оксидантов различного состава.

Окисление озоном

Озонирование представляет собой универсальный метод обработки воды, так как проявляет свое действие одновременно в бактериологическом, физическом и органолептическом отношении [2].

Скорость распада озона резко увеличивается в щелочной среде и с ростом температуры. Озон обладает большой окислительной способностью, разрушает многие органические вещества, присутствующие в природных и сточных водах, плохо растворяется в воде и быстро саморазрушается.

Доза озона зависит от назначения озонированной воды. Если озон вводят только для обеззараживания в фильтрованную воду (после её предварительного коагулирования и осветления), то дозу озона принимают 1-3 мг/л, для подземной воды - 0,75-1 мг/л, при введении озона для обесцвечивания и обеззараживания загрязненной воды доза озона может доходить до 5 мг/л [3].

Озон применяют для очистки сточных вод от фенолов, нефтепродуктов, сероводорода, соединений мышьяка, ПАВ, цианидов, органических красителей, канцерогенных ароматических углеводородов и др. В обрабатываемую воду озон вводят различными способами: барботированием воздуха, содержащего озон; смешением воды с озоновоздушной смесью в эжекторах или в специальных роторных смесителях, в абсорберах различной конструкции.

Окислительно-восстановительный потенциал у озона выше, чем у кислорода и хлора, вследствие чего он обладает более высоким бактерицидным и окислительным действием.

При взаимодействии с водой в щелочной среде озон распадается с образованием гидроксильных радикалов, которые имеют более высокий окислительный потенциал, чем озон.

203 +Н20 он~ ЮН' +102+Н02'

Таким образом, более глубокого окисления присутствующих в воде органических загрязняющих веществ, можно достичь созданием условий, необходимых для образования «вторичных», более мощных, хотя и менее селективных окислителей непосредственно в среде, содержащей «первичный» окислитель. Этот процесс инициируется путем активации первичного окислителя.

В большинстве случаев таким вторичным окислителем является радикал гидроксила. Вторичный окислитель способен активировать глубокое окисление большинства органических соединений вплоть до их полной минерализации в форме углерода и воды. Радикал гидроксила вступает в реакцию в миллион раз быстрее, чем озон или пероксид водорода, что позволяет значительно уменьшить габаритные размеры технологической установки.

Существует множество процессов [4] глубокого окисления. Все они могут классифицироваться по типу активации первичного окислителя:

— химическая активация: в процессах с участием пары озона и перок-сида водорода:

203 + Н202 2НО- + 302

— фотохимическая активация: в процессах, основанных на УФ-обработке при одновременном воздействии окислителей (озон и/или пероксид водорода), или в процессах, реализуемых с использованием фотокатализатора (например, диоксида титана):

03 + Н20 ^ н2о2+ 02

ш

Н202 2НО-

ки

полупроводник (е",Ь )

+ н2о НО- +Н4"

е"+02-* ©2

-каталитическая активация: двухвалентное железо / пероксид водорода.

Основным недостатком процесса озонирования является необходимость синтеза озона непосредственно перед применением, что приводит к удорожанию процесса [5].

Окисление пероксидом водорода

Пероксид водорода подходит для многих систем и является эффективным окислителем, используемым при очистке сточных вод. Пероксид водорода токсичен, ПДК в воде составляет 0,1 мг/л, в кислой и щелочной средах он разлагается по схемам:

2Н+ + Н202 + 2е 2Н20 2ОН' + Н202 + 2е 2Н20 + 2О2'

В кислой среде более отчётливо выражена окислительная функция, а в щелочной - восстановительная. В разбавленных растворах окисление органических веществ протекает медленно, поэтому наряду с пероксидом водорода используют катализаторы - ионы металлов переменной валентности (Те, Си, Мп, Со, Сг, Ag). Наиболее часто применяют систему Н202/Те . В работе [6] в качестве катализатора использовался фермент пероксидаза. Данный метод неплохо подходит для разложения ароматических веществ в сточных водах, но имеет много недостатков. Метод достаточно дорог, состав сточных вод после обработки еще не до конца исследован и, кроме того, в процессе очистки образуется осадок. Для ускорения процесса можно также использовать ультрафиолетовое излучение.

Были проведены попытки синтеза пероксида водорода непосредственно на месте потребления [7]. Это возможно с помощью электровосстановления растворенного кислорода. Но при этом процесс сильно усложняется и

ведет к дополнительным затратам. Поэтому широкого применения этот способ не нашел.

Биологическое окисление

Методы биологического окисления основаны на способности микроорганизмов использовать в качестве питательного субстрата, многие органические и некоторые неорганические соединения, содержащиеся в сточных водах.

В процессах биологической очистки сточных вод часть окисляемых микроорганизмами веществ используется в процессах биосинтеза (образование биомассы - активного ила или биопленки), а другая часть превращается в безвредные продукты окисления - воду, углекислый газ, нитраты и др.

Известно [8], что процесс изъятия и потребления микроорганизмами органических примесей сточных вод состоит из трех стадий:

- массопередача органического вещества и кислорода из жидкости к поверхности клетки;

- диффузия вещества и кислорода через полупроницаемую мембрану клетки;

- метаболизм (биологическое превращение) диффундировавших продуктов, сопровождающийся приростом биомассы, выделением энергии, углекислого газа и др. метаболитов.

Интенсивность и эффективность биологической очистки сточных вод определяется скоростью размножения бактерий.

К достоинствам методов биологического окисления [9] следует отнести возможность деструкции органических соединений (в том числе и токсичных), простоту аппаратурного оформления, относительно невысокие эксплуатационные расходы.

К недостаткам относят высокие капитальные затраты, необходимость строгого соблюдения технологического режима очистки, необходимость разбавления сточных вод в случае высокой концентрации примесей, токсичное

действие на микроорганизмы некоторых органических и неорганических соединений.

Окисление хлором

Необходимость обеззараживания воды в технологии водоподготовки обусловлена тем, что на предыдущих этапах её обработки (осветление, обесцвечивание, коагулирование, отстаивание и фильтрование) удаляется лишь 90-95% загрязняющих воду микроорганизмов. Среди оставшихся могут быть патогенные вирусы и бактерии. Хлорирование, наряду с дезинфекцией, способствует улучшению качества воды за счёт окислительного разрушения загрязняющих веществ.

В практике обеззараживания и очистки воды хлорированием используют жидкий хлор, препараты, содержащие активный хлор (хлорную известь, гипохлориты натрия и кальция, диоксид хлора), а также активный хлор, полученный методом электролиза на месте потребления [10-13].

Несмотря на существующие недостатки, такие как высокая токсичность хлора, производственный риск при обращении с ним, взрывоопасность хлора, возможность образования побочных токсичных хлорпроизводных в процессе хлорирования примесей воды, высокая коррозионная активность водных растворов хлора и недостаточное воздействие на спорообразующие бактерии, метод хлорирования широко используется в практике водоподготовки и водоочистки.

Концентрация активных форм хлора в воде в основном определяется гидролизом хлора, диссоциацией НОС1 и воды. Окислительная способность активных форм хлора, которую связывают с реакционной способностью и бактерицидностью дезинфектантов, может быть оценена величиной окислительно-восстановительного потенциала. Более высокий потенциал хлорноватистой кислоты соответствует её высокой бактерицидности, превышающей в 40-50 раз таковую для гипохлоритов, хотя и то, и другое соединение неустойчивы, они теряют свою активность, постепенно разлагаясь. При сравне-

нии бактерицидного эффекта хлорноватистой кислоты и гипохлорит-иона отмечают также диффузионные возможности этих соединений [14-15].

Авторы работ [16-17] объясняют высокую проникающую способность хлорноватистой кислоты её электронейтральностью и малыми размерами молекулы, по сравнению с заряженным и гидратированным гипохлорит-ионом. В своих исследованиях авторы также отмечают, что на окислительно-восстановительный потенциал и бактерицидность хлорсодержащих реагентов влияет также рН среды. С увеличением щелочности среды снижается бактерицидность хлора и хлорагентов. Наиболее сильно влияет рН среды на окислительно-восстановительный потенциал и бактерицидность хлорамина, менее всего - на окислительно-восстановительный потенциал диоксида хлора. С увеличением концентрации хлора в воде, п�