В ВНИИ ВОДГЕО проводились эксперименты по озонированию сточных вод производства гексахлорана, содержащих наряду с 100—120 мг/л гексахлорана 10—50 мг/л Сl2, а также Fe3+, Al3+, HCl и другие органические примеси. Величина ХПК воды составляла 800 мг/л, рН = 2-2,5. Для данной категории сточных вод рассматривалась степень их очистки озоном в зависимости от величины рН. В результате озонирования вод (в течение 60 мин при температуре 28—33 °С) найдено, что с возрастанием рН с 2,5 до 10 расход окислителя увеличивается с 1,77 до 6,32 мг на 1 мг окисляемого вещества или с 50,6 до 70,2 мг на 1л сточных вод. ХПК воды снижается незначительно, а концентрация гексахлорана уменьшается на 15—20%. При этом отмечалось, что в первые 45 мин обработки не происходит окисления гексахлорана, так как наблюдается его блокирование другими легкоокисляемыми органическими соединениями. На основании проведенных исследований рекомендованы следующие оптимальные условия озонирования сточных вод: рН = 8,5, продолжительность обработки 2 ч. Эффект извлечения органических примесей последовательным фильтрованием, подщелачиванием, осветлением и озонированием сточных вод составил 95%, а удаления гексахлорана — 90%.
Возможность очистки озоном разбавленных сточных вод, образующихся при производстве севина (Гнафтилметилкарбамата), исследована В. М. Марченко и др. Кроме севина, концентрация которого составляла 20 мг/л, сточные воды содержали также анафтол (10 мг/л) и ряд других органических азотсодержащих веществ (до 40 мг/л). Удельный расход озона, необходимый для полного обезвреживания сточных вод, составлял в среднем 2,5 мг на 1 мг органического вещества.
Использование озона для очистки и обеззараживания производственных сточных вод требует детального исследования гигиенического аспекта озонирования. В процессе окисления происходит образование и накопление продуктов деструкции, отличающихся от исходных соединений не только по химической структуре, но и по токсичности. Вопрос о гигиенической эффективности озонирования может быть решен только на основе химического контроля остаточных количеств соединений и оценки токсичности и кумулятивное промежуточных продуктов реакции.
В Первом Московском медицинском институте им. В. В. Сеченова на кафедре коммунальной гигиены проводятся исследования как с неокисленными органическими соединениями, содержащимися в сточных водах, так и с продуктами деструкции этих соединений озоном с целью определения степени их токсичности и кумулятивности. Так, например, изучение гигиенической эффективности доочистки озоном биологически очищенных сточных вод шпалопропиточных заводов показало, что если для достижения безопасных уровней по санитарно-токсикологическому признаку необходимо разбавление биологически очищенных вод в водоеме не менее чем в 250 раз, то доочистка их озоном позволяет ограничиться 10-кратным разбавлением. Определенный интерес представляет отечественный опыт по изучению эффективности озонирования сточных вод, загрязненных нитросоединениями, которые способны длительное время сохраняться в воде. Многие из этих веществ обладают высокой степенью токсичности. Для разрушения их высоких концентраций (50—300 мг/л) на 90 — 95% и исчезновения стойкой окраски и привкуса, придаваемых воде этими веществами, требуется 1—2 отстаивание преимущественно в щелочной среде. Продукты глубокого окисления озоном изученных нитросоединений практически нетоксичны и малокумулятивны, а следовательно, менее опасны по сравнению с исходными веществами.
По данным М. В. Богданова, при озонировании воды, загрязненной алкилбензолсульфонатом натрия, наблюдается снижение ее токсичности в 1,5—2 раза. Токсичность воды определяется суммарным воздействием остаточных концентраций алкилбензолсульфоната и продуктов его деструкции озоном на организм теплокровных животных.
Исследования по определению гигиенической эффективности доочистки озоном производственных сточных вод сложного химического состава проводились А. А. Королевым и др. В результате доочистки озоном биологически очищенных сточных вод сложного химического состава практически исчезают запах и окраска, уменьшается в 4-6 раз концентрация органических веществ, контролируемых по БПК и ХПК, а концентрация фенола снижается до уровней, нередко обнаруживаемых в поверхностных водоемах. Однако после озонирования в сточных водах остаются высокостабильные продукты трансформации, химическая природа и степень опасности которых неизвестны. Токсичность продуктов трансформации, содержащихся в озонированных производственных стоках, оценивалась в условиях 6-месячного эксперимента на белых крысах. Результаты опытов позволили отметить, что данные продукты в отличие от продуктов разложения после биологической очистки сточных вод характеризовались слабовыраженнои токсичностью и не влияли на репродуктивную функцию организма. Для достижения уровня безопасности озонированные воды нуждаются в 10-кратном разбавлении, что позволяет сбрасывать их в сравнительно небольшие водоемы.
Интересным аспектом и весьма перспективным направлением в области очистки производственных сточных вод является совместное использование методов озонирования и ультразвука, а такж-озонирования и ультрафиолетового облучения. Проводимые исследования, к сожалению, пока не выходят за рамки лабораторных испытаний, но позволяют предполагать, что возможности озонирования далеко не исчерпаны. Так, например, при ультразвуковой обработке и озонировании родамина, растворенного в сточной, дистиллированной и природной водах, было отмечено увеличение скорости окисления на 55%. При совместном использовании озонирования и ультразвука повышается эффективность очистки по ХПК, а также усиливается бактерицидный эффект. Ультразвуковая обработка воды позволяет снизить на 70—90% количество требуемого для дезинфекции озона.
Механизм взаимодействия между озоном и ультразвуком, порождающий явления синергизма, довольно сложен, и не все еще в нем понятно. Предполагается, что распространение интенсивных ультразвуковых волн в воде вызывает явление кавитации, которая значительно повышает степень разложения молекул окислителя, стимулируя образование свободных радикалов. Кроме того, вследствие возникновения микротурбулентности, сопровождающей ультразвуковое излучение, ускоряется переход озона из газовой фазы в растворенное состояние.
Ориентировочный подсчет экономической эффективности от совместного использования озона и ультразвука свидетельствует о том, что стоимость такого метода значительно превысит стоимость одного озонирования. При совместном озонировании и ультрафиолетовом облучении воды ускоряется образование радикалов ОН. Другими словами, наблюдается активация веществ, подлежащих окислению, при введении в среду фотонов. Метод позволяет мгновенно окислять наиболее стойкие компоненты загрязнений, среди которых можно выделить спирты, хлсрпроизводные и т. п.
При дезинфекции сильно-загрязненных сточных вод совместное применение озонирования и ультрафиолетового облучения позволяет добиться эффективности, в несколько раз превышающей эффективность применения одного озонирования. Рассмотренные нами примеры показывают, что применение озона для очистки производственных сточных вод возможно в широких масштабах. Однако по экономическим соображениям оно наиболее реально на сегодняшний день лишь в двух случаях: для специфической очистки (обесцвечивание, снижение токсичности и т.д.), когда классическая очистка неприемлема или неэффективна, а также для удаления следов загрязнений перед сбросом сточных вод в водоем.