Озонування – це процес очищення води, який руйнує мікроорганізми та розкладає органічні забрудники шляхом введення озону – газу, який виробляється шляхом піддавання молекул кисню впливу високої електричної напруги. В умовах надзвичайної ситуації технологія переважно застосовується на етапах стабілізації та відновлення в міських умовах, де вже є досвід використання таких систем.

Озонування (яке також називають озонізацією) – це хімічне очищення води, яке ґрунтується на введенні озону у воду. Озон – це газ, який складається із трьох атомів кисню (О₃) і є одним із найсильніших окиснювачів. Під час цього технологічного процесу окиснення кисень (О₂) піддається впливу високої електричної напруги або УФ опромінення для отримання дуже реактивної частки (О₃), яка атакує широкий спектр органічних сполук і всі мікроорганізми. Озонування має багато різних застосувань, оскільки воно є ефективним як для дезінфекції, так і руйнування органічних та неорганічних забрудників. Необхідну кількість озону можна виробляти в побутових умовах, проте виробництво потребує багато енергії і тому є дорогим.

Проєктні міркування

Найбільш поширені генератори продукують озон (О₃) шляхом піддавання кисню (О₂) чи повітря під дію високої електричної напруги (генератори із коронним розрядом) або УФ опромінення (УФ генератори). Генератори з коронним розрядом використовуються для масштабних систем, виробляючи озон в концентрації 1 – 4,5% за масою. УФ генератори досягають озон у концентрації 0,1 – 0,001% за масою і використовуються для очищення меншої кількості води. Озоновий газ передається у неочищену воду через розсіювання невеликих бульбашок чи бічне введення. У контактному резервуарі озон вступає в реакцію із забрудниками у воді, для чого потрібно небагато часу (приблизно 10 – 30 хвилин). Система газоочищення руйнує будь-який нерозчинений озон.

Молекула озонового газу є дуже нестабільною і тому вступає в реакцію із широким спектром забрудників води – неорганічними (наприклад, залізо, марганець) та органічними сполуками (наприклад, мікрозабрудниками), а також мікроорганізмами. Озон атакує забрудники або безпосередньо, або опосередковано через його розклад у воді для формування гідроксильного радикалу (ОН-), який швидко вступає в реакцію із багатьма забрудниками питної води. Озон швидко розкладається у воді, через що його життєвий цикл є дуже коротким (менше години) та це робить його непідходящим в якості речовини для дезінфекції залишків, тобто захисту системи постачання питної води від повторного забруднення. Озонування та хлорування ( T.6 , T.7 ) можуть використовуватися разом для інактивації широкого спектру мікроорганізмів в установці з очищення води та для захисту води під час транспортування/зберігання. Озонування води, яка містить органічні речовини, продукуватиме асимілюючий органічний вуглець, що дозволяє біологічним речовинам знову утворюватися під час подальших процесів та у мережі. Тому після озонування має слідувати процес очищення, який уможливлює біологічний розпад, наприклад, повільна піщана фільтрація T.9 чи гранульоване активоване вугілля T.13 .

Матеріали

Матеріали включають кисень, концентратор кисню, генератор озону, фільтр попереднього очищення, інжекційний насос, інжектор трубки Вентурі, контактний резервуар та надійне джерело енергії (див. S.9 – S.12 ). Місцева наявність матеріалів може бути обмеженою.

Придатність

Озон можна додавати на кількох етапах під час очищення питної води: як попереднє очищення (попереднє озонування), після седиментації та до фільтрації (проміжне озонування) чи як кінцевий етап дезінфекції. В якості попереднього очищення він вступає в реакцію з мікрозабрудниками, залізом, марганцем та сіркою, а також сполуками, які впливають на колір, запах та смак. Подальше видалення сполук, які розпалися, покращується під час наступних етапів очищення, наприклад, седиментації чи фільтрації, включаючи піщані фільтри ( T.2 , T.9 ) та фільтри з гранульованим активованим вугіллям T.13 . У воді з низьким рівнем каламутності озон формує колоїдні речовини (процес міцелізації), які можуть бути трансформовані у мікро флокули шляхом додавання невеликої кількості коагулянту, і ці мікро флокули легко утримуються піщаними фільтрами.

Для боротьби з органічними сполуками необхідна кількість озону та подальший розпад озону дуже залежать від кількості та виду забрудників. Як правило, спершу озон потрібен у кількості 2,5 мг озону на міліграм хімічного споживання кисню. В якості дезінфікуючої речовини для інактивації мікробіологічних патогенів у воді інформацію про необхідну концентрацію озону та час перебування в контакті (значення ЧК) можна знайти у рекомендаціях ВООЗ щодо якості питної води. Загалом воно є більш ефективним проти багатьох бактерій та вірусів, ніж хлор та УФ. Проте для інактивації криптоспоридій, як зазначає ВООЗ, наразі відсутні прийнятні значення ЧК (концентрація озону помножена на час контакту), оскільки результати суттєво варіюються у різних дослідженнях та різних повторюваних експериментах із різними температурами і рівнями інактивації.

Експлуатація та обслуговування

Для проєктування, будівництва, експлуатації та обслуговування потрібні висококваліфіковані оператори. Високотехнологічне обладнання є дорогим та потребує багато енергії. У системах часом відбувається витік озону, для чого потрібен контрольно-вимірювальний пристрій для визначення рівня озону в навколишньому середовищі, а також регулярні перевірки генератора та контактного резервуару. Експлуатація та обслуговування також включають підтримку необхідного потоку в генераторі озону, регулярні інспекції та очищення генератора озону, постачання газу, електричних кабелів; а також моніторинг труби подачі озону та розподільчої системи із метою забезпечення того, що необхідний об’єм озону вступає в достатній контакт із неочищеною водою.

Здоров’я та безпека

Озонування води, яка містить бромід, може утворювати бромат, що є відомим канцерогеном, хоча зазвичай і у концентрації набагато нижчій, ніж яка може становити загрозу для здоров’я. Техніки контролю формування бромату включають озонування при дещо вищому показнику кислотного рівня рН, багатоетапне озонування та використання аміаку чи хлору. Після формування бромату певною мірою його можна усунути за допомогою фільтрів із гранульованим активованим вугіллям або УФ випромінювання. Озоновий газ є потенційно токсичним і надзвичайно сильним подразником для людського тіла, тому потрібно контролювати витікання із метою попередження негативного впливу на працівників.

Витрати

Витрати на обладнання для озонування, експлуатацію та енергію є високими.

Соціальні та екологічні аспекти

Місцеві можливості для управління таким складним процесом очищення будуть обмеженими. Рівень прийняття очищеної води населенням є високим, оскільки процес не передбачає використання хімічних компонентів, які могли б вплинути на смак. Озонування споживає багато енергії. У районах, де використовується викопне паливо як джерело енергії, спостерігається високий рівень викидів парникових газів.