Главными преимуществами озона, как сильного окислителя, по сравнению хлором, солями марганца, сильными кислотами и т.п. являются его экологическая чистота, доступность технологии производства в больших количествах на месте потребления, высокий окислительный потенциал. Основным недостатком озона является его сравнительно высокая селективность. Имеется достаточно широкий класс веществ очень слабо окисляемых озоном, например, насыщенные органические кислоты, ацетон, некоторые пестициды, гумусовые соединения. Известно, что растворяясь в воде, озон производит окисление по двум механизмам – прямому и косвенному. Прямой механизм окисления связан с действием непосредственно озона, а косвенный с окислением через гидроксил – радикал – сильный неселективный окислитель. Окислительный потенциал OH* радикала выше, чем у озона (2,9В против 2,07В). Именно в усилении процессов генерации гидроксил-радикалов OH* различными физико-химическими методами заключается идея AdvancedOxidationProcesses (AOP).
Главным преимуществом AOP на основе озона является более короткое время реакций с загрязнителями, которое допускает использование больших доз озона без избыточной концентрации озона на выходе реактора. AOP на основе озона обычно применяют в подготовке питьевой воды, так как общепринятые схемы обработки включают озонирование и могут быть легко приспособлены для этих процессов.
Самый легкий способ трансформирования традиционного процесса озонирования – увеличить время обработки после добавления озона, увеличить pH или добавить перекись водорода. В то время как первые два способа могут быть достаточно дорогими, добавление перекиси водорода – сравнительно дешевое решение, часто применяемое в подготовке питьевой воды. Перекись водорода инициирует разложение озона с образованием радикала OH* . Итоговый выход этой реакции составляет один радикал OH* на одну молекулу озона.
Альтернативой применения перекиси водорода совместно с озоном является комбинация озона с УФ облучением. Обычно в такой комбинации применяют УФ излучение с длиной волны около 254нм, что соответствует максимуму поглощения озона. В этом процессе сначала происходит фотолиз озона до кислорода и O (1D и 3P). Атом O (1D) весьма реакционно-способный и реагирует с H2O с образованием перекиси водорода. Перекись водорода может в результате фотолиза распадаться на два радикала OH*. В альтернативном процессе она может сперва диссоциировать до HO–2, а затем, в серии цепных реакций в присутствии озона превращаться в гидроксил-радикал как это происходит в AOP O3/(H2O2). Так как фотолиз молекул перекиси водорода очень медленная реакция, то второй путь – доминирующая реакция распада озона в нейтральной среде. Таким образом, существует большое сходство механизмов реакций в процессах O3/(H2O2) и O3/UV, и возрастающая скорость деструкции органических примесей может быть объяснена тем, что перекись водорода выступает в роли катализатора распада озона.
Необходимо отметить, что существует и другой механизм, который определяет возрастание скорости окисления органических соединений в процессе O3/UV. UV-облучение может приводить к прямому возбуждению органических соединений, которые затем реагируют с озоном, образуя различные вторичные продукты. Эффективность этого механизма может быть усилена применением высоких концентраций озона.
Технологии АОP, как правило, имеет смысл использовать при наличие трудно устранимых органических и микробиологических примесей воды. На рис 1 представлены результаты очистки воды от метилтретбутилового эфира (MTBE) и йопромида . Эксперименты проводились при концентрации озона в воде озона 3-6 мг/л, концентрации перекиси водорода 0,4 мг/л, мощности ртутной лампы – 40 Вт. Начальная концентрация загрязнителей – 1 мг/л.
