• Жить без еды высшая ступень развития
• Коллективизация в ссср: причины, сущность, ход и последствия Сущность и итоги коллективизации
• Процесс социализации человека, его периоды, стадии
• Эпигенетика: что управляет нашим генетическим кодом?
• Что такое митоз и какой в профазе митоза происходит процесс?
• Химия всё что нужно знать для ОГЭ
• Форма японской поэзии. Японские стихи. Как правильно писать в японском стиле. В качестве обязательного элемента текста используется киго, "сезонное слово" - повествование ведется в настоящем времени
• К чему может привести глобальное загрязнение окружающей среды Последствия загрязнений
• Феодор студит. Формы общения с ересью
• Святая мученица наталия Акафист святой наталье

Физические свойства озона весьма характерны: это легко взрывающийся газ голубого цвета. Литр озона весит примерно 2 грамма, а воздух - 1,3 грамма. Следовательно, озон тяжелее воздуха. Температура плавления озона - минус 192,7ºС. Такой «растаявший» озон представляет собой тёмно-синюю жидкость. Озоновый «лед» имеет темно-синюю окраску с фиолетовым оттенком и при толщине свыше 1 мм становится непрозрачным. Температура кипения озона - минус 112ºС. В газообразном состоянии озон диамагнитен, т.е. не обладает магнитными свойствами, а в жидком состоянии - слабопарамагнитен. Растворимость озона в талой воде в 15 раз больше, чем у кислорода и составляет примерно 1,1 г/л. В литре уксусной кислоты при комнатной температуре растворяется 2,5 грамма озона. Он также хорошо растворяется в эфирных маслах, скипидаре, четыреххлористом углероде. Запах озона ощущается при концентрациях свыше 15 мкг/м3 воздуха. В минимальных концентрациях воспринимается как «запах свежести», в более значительных концентрациях приобретает резкий раздражающий оттенок.

Озон образуется из кислорода по следующей формуле: 3O2 + 68 ккал → 2O3. Классические примеры образования озона: под действием молнии во время грозы; под действием солнечного света в верхних слоях атмосферы. Озон также способен образовываться при любых процессах, сопровождающихся выделением атомарного кислорода, например, при разложении перекиси водорода. Промышленный синтез озона связан с использованием электрических разрядов при низких температурах. Технологии получения озона могут отличаться друг от друга. Так, для получения озона применяемого для медицинских целей используется только чистый (без примесей) медицинский кислород. Отделение образовавшегося озона от примеси кислорода обычно не составляет труда в силу различий физических свойств (озон легче сжижается). Если не требуется соблюдения определенных качественных и количественных параметров реакции, то получение озона не представляет особых трудностей.

Молекула О3 неустойчива и довольно быстро превращается в O2 с выделением тепла. При небольших концентрациях и без посторонних примесей озон разлагается медленно, при больших — со взрывом. Спирт при соприкосновении с ним моментально воспламеняется. Нагревание и контакт озона даже с ничтожными количествами субстрата окисления (органических веществ, некоторых металлов или их окислов) резко ускоряет его разложение. Озон может сохраняться длительное время при − 78ºС в присутствии стабилизатора (небольшого количества HNO3), а также в сосудах из стекла, некоторых пластмасс или благородных металлов.

Озон - сильнейший окислитель. Причина такого явления кроется в том, что в процессе распада образуется атомарный кислород. Такой кислород гораздо агрессивнее молекулярного, потому что в молекуле кислорода дефицит электронов на внешнем уровне вследствие их коллективного использования молекулярной орбитали не так заметен.

Еще в XVIII веке было замечено, что ртуть в присутствии озона теряет блеск и прилипает к стеклу, т.е. окисляется. А при пропускании озона через водный раствор йодистого калия начинает выделяться газообразный йод. Такие же «фокусы» с чистым кислородом не получались. В дальнейшем открывались свойства озона, которые сразу же были приняты на вооружение человечества: озон оказался прекрасным антисептиком, озон быстро удалял из воды органические вещества любого происхождения (парфюмерия и косметика, биологические жидкости), стал широко использоваться в промышленности и быту, прекрасно зарекомендовал себя в качестве альтернативы стоматологической бормашине.

В XXI веке применение озона во всех областях жизни и деятельности человека растет и развивается, а потому мы становимся свидетелями его превращения из экзотики в привычный инструмент для повседневной работы. ОЗОН O3, аллотропная форма кислорода.

Получение и физические свойства озона.

Впервые ученые узнали о существовании неизвестного им газа, когда начали экспериментировать с электростатическими машинами. Случилось это в 17 веке. Но начали изучать новый газ лишь в конце следующего столетия. В 1785 голландский физик Мартин ван Марум получил озон, пропуская через кислород электрические искры. Название же озон появилось лишь в 1840; его придумал швейцарский химик Кристиан Шенбейн, произведя его от греческого ozon - пахнущий. По химическому составу этот газ не отличался от кислорода, но был значительно агрессивнее. Так, он мгновенно окислял бесцветный иодид калия с выделением бурого иода; эту реакцию Шенбейн использовал для определения озона по степени посинения бумаги, пропитанной раствором иодида калия и крахмала. Даже малоактивные при комнатной температуре ртуть и серебро в присутствии озона окисляются.

Оказалось, что молекулы озона, как и кислорода, состоят только из атомов кислорода, только не из двух, а из трех. Кислород О2 и озон О3 - единственный пример образования одним химическим элементом двух газообразных (при обычных условиях) простых веществ. В молекуле О3 атомы расположены под углом, поэтому эти молекулы полярны. Получается озон в результате «прилипания» к молекулам О2 свободных атомов кислорода, которые образуются из молекул кислорода под действием электрических разрядов, ультрафиолетовых лучей, гамма-квантов, быстрых электронов и других частиц высокой энергии. Озоном всегда пахнет около работающих электрических машин, в которых «искрят» щетки, около бактерицидных ртутно-кварцевых ламп, которые излучают ультрафиолет. Атомы кислорода выделяются и в ходе некоторых химических реакций. Озон образуется в малых количествах при электролизе подкисленной воды, при медленном окислении на воздухе влажного белого фосфора, при разложении соединений с высоким содержанием кислорода (KMnO4, K2Cr2O7 и др.), при действии на воду фтора или на пероксид бария концентрированной серной кислоты. Атомы кислорода всегда присутствуют в пламени, поэтому если направить струю сжатого воздуха поперек пламени кислородной горелки, в воздухе обнаружится характерный запах озона.

Реакция 3O2 → 2O3 сильно эндотермичная: для получения 1 моль озона надо затратить 142 кДж. Обратная реакция идет с выделением энергии и осуществляется очень легко. Соответственно озон неустойчив. В отсутствие примесей газообразный озон медленно разлагается при температуре 70° С и быстро - выше 100° С. Скорость разложения озона значительно увеличивается в присутствии катализаторов. Ими могут быть и газы (например, оксид азота, хлор), и многие твердые вещества (даже стенки сосуда). Поэтому чистый озон получить трудно, а работать с ним опасно из-за возможности взрыва.

Не удивительно, что в течение многих десятилетий после открытия озона неизвестны были даже основные его физические константы: долго никому не удавалось получить чистый озон. Как писал в своем учебнике Основы химии Д.И.Менделеев, «при всех способах приготовления газообразного озона содержание его в кислороде всегда незначительно, обыкновенно лишь несколько десятых долей процента, редко 2%, и только при очень пониженной температуре оно достигает 20%». Лишь в 1880 французские ученые Ж.Готфейль и П.Шаппюи получали озон из чистого кислорода при температуре минус 23° С. Оказалось, что в толстом слое озон имеет красивую синюю окраску. Когда охлажденный озонированный кислород медленно сжали, газ стал темно-синим, а после быстрого сброса давления температура еще более понизилась и образовались капли жидкого озона темно-фиолетового цвета. Если же газ не охлаждали или сжимали быстро, то озон мгновенно, с желтой вспышкой, переходил в кислород.

Позднее разработали удобный метод синтеза озона. Если подвергнуть электролизу концентрированный раствор хлорной, фосфорной или серной кислоты с охлаждаемым анодом из платины или из оксида свинца(IV), то выделяющийся на аноде газ будет содержать до 50% озона. Были уточнены и физические константы озона. Он сжижается намного легче кислорода - при температуре -112° С (кислород - при -183° С). При -192,7° С озон затвердевает. Твердый озон имеет сине-черный цвет.

Опыты с озоном опасны. Газообразный озон способен взрываться, если его концентрация в воздухе превысит 9%. Еще легче взрываются жидкий и твердый озон, особенно при контакте с окисляющимися веществами. Озон можно хранить при низких температурах в виде растворов во фторированных углеводородах (фреонах). Такие растворы имеют голубой цвет.

Химические свойства озона.

Для озона характерна чрезвычайно высокая реакционная способность. Озон - один из сильнейших окислителей и уступает в этом отношении только фтору и фториду кислорода OF2. Действующее начало озона как окислителя - атомарный кислород, который образуется при распаде молекулы озона. Поэтому, выступая в качестве окислителя, молекула озона, как правило, «использует» только один атом кислорода, а два других выделяются в виде свободного кислорода, например, 2KI + O3 + H2O → I2 + 2KOH + O2. Так же происходит окисление многих других соединений. Однако бывают и исключения, когда молекула озона использует для окисления все три имеющиеся у нее атома кислорода, например, 3SO2 + O3 → 3SO3; Na2S + O3 → Na2SO3.

Очень важное отличие озона от кислорода в том, что озон проявляет окислительные свойства уже при комнатной температуре. Например, PbS и Pb(OH)2 в обычных условиях не реагируют с кислородом, тогда как в присутствии озона сульфид превращается в PbSO4, а гидроксид - в PbO2. Если в сосуд с озоном налить концентрированный раствор аммиака, появится белый дым - это озон окислил аммиак с образованием нитрита аммония NH4NO2. Особенно характерна для озона способность «чернить» серебряные изделия с образованием AgO и Ag2O3.

Присоединив один электрон и превратившись в отрицательный ион О3-, молекула озона становится более стабильной. Содержащие такие анионы «озонокислые соли» или озониды были известны давно - их образуют все щелочные металлы, кроме лития, причем устойчивость озонидов растет от натрия к цезию. Известны и некоторые озониды щелочноземельных металлов, например, Са(О3)2. Если направить на поверхность твердой сухой щелочи струю газообразного озона, то образуется оранжево-красная корка, содержащая озониды, например, 4КОН + 4О3 → 4КО3 + О2 + 2Н2О. При этом твердая щелочь эффективно связывает воду, что предохраняет озонид от немедленного гидролиза. Однако при избытке воды озониды бурно разлагаются: 4КО3+ 2Н2О → 4КОН + 5О2. Разложение идет и при хранении: 2КО3 → 2КО2 + О2. Озониды хорошо растворимы в жидком аммиаке, что позволило выделить их в чистом виде и изучить их свойства.

Органические, вещества, с которыми озон соприкасается, он обычно разрушает. Так, озон, в отличие от хлора, способен расщеплять бензольное кольцо. При работе с озоном нельзя использовать резиновые трубки и шланги - они моментально «прохудятся». Реакции озона с органическими соединениями идут с выделением большого количества энергии. Например, эфир, спирт, вата, смоченная скипидаром, метан и многие другие вещества самовоспламеняются при соприкосновении с озонированным воздухом, а смешение озона с этиленом приводит к сильному взрыву.

Применение озона.

Озон не всегда «сжигает» органические вещества; в ряде случаев удается провести специфические реакции с сильно разбавленным озоном. Например, при озонировании олеиновой кислоты (она в больших количествах содержится в растительных маслах) образуется азелаиновая кислота НООС(СН2)7СООН, которую используют для получения высококачественных смазочных масел, синтетических волокон и пластификаторов для пластмасс. Аналогично получают адипиновую кислоту, которую используют при синтезе найлона. В 1855 Шенбейн открыл реакцию с озоном непредельных соединений, содержащих двойные связи С=С, но только в 1925 немецкий химик Х.Штаудингер установил механизм этой реакции. Молекула озона присоединяется к двойной связи с образованием озонида - на этот раз органического, причем на место одной из связей С=С встает атом кислорода, а на место другой - группировка -О-О-. Хотя некоторые органические озониды выделены в чистом виде (например, озонид этилена), эту реакцию обычно проводят в разбавленном растворе, так как в свободном виде озониды - очень неустойчивые взрывчатые вещества. Реакция озонирования непредельных соединений пользуется у химиков-органиков большим почетом; задачи с этой реакцией часто предлагают даже на школьных олимпиадах. Дело в том, что при разложении озонида водой образуются две молекулы альдегида или кетона, которые легко идентифицировать и далее установить строение исходного непредельного соединения. Таким образом химики еще в начале 20 века установили строение многих важных органических соединений, в том числе природных, содержащих связи С=С.

Важная область применения озона - обеззараживание питьевой воды. Обычно воду хлорируют. Однако некоторые примеси в воде под действием хлора превращаются соединения с очень непpиятым запахом. Поэтому уже давно предложено заменить хлор озоном. Озонированная вода не приобретает постороннего запаха или вкуса; при полном окислении озоном многих органических соединений образуются только углекислый газ и вода. Очищают озоном и сточные воды. Продукты окисления озоном даже таких загрязнителей как фенолы, цианиды, повеpхностно-активные вещества, сульфиты, хлоpамины, представляют собой безвредные соединения без цвета и запаха. Избыток же озона довольно быстро распадается с образованием кислорода. Однако озонирование воды обходится дороже, чем хлорирование; кроме того, озон нельзя перевозить, и он должен производиться на месте использования.

Озон в атмосфере.

Озона в атмосфере Земли немного - 4 млрд. тонн, т.е. в среднем всего 1 мг/м3. Концентрация озона растет с удалением от поверхности Земли и достигает максимума в стратосфере, на высоте 20-25 км - это и есть «озоновый слой». Если весь озон из атмосферы собрать у поверхности Земли при нормальном давлении, получится слой толщиной всего около 2-3 мм. И вот такие малые количества озона в воздухе фактически обеспечивают жизнь на Земле. Озон создает «защитный экран», не пропускающий к поверхности Земли жесткие ультрафиолетовые солнечные лучи, губительные для всего живого.

В последние десятилетия большое внимание уделяется появлению так называемых «озоновых дыр» - областях со значительно уменьшенным содержанием стратосферного озона. Через такой «прохудившийся» щит до поверхности Земли доходит более жесткое ультрафиолетовое излучение Солнца. Поэтому ученые давно следят за озоном в атмосфере. В 1930 английский геофизик С.Чепмен для объяснения постоянной концентрации озона в стратосфере предложил схему из четырех реакций (эти реакции получили название цикла Чепмена, в них М означает любой атом или молекулу, которые уносят избыточную энергию):

О + О + М → О2 + М

О + О3 → 2О2

О3 → О2 + О.

Первая и четвертая реакции этого цикла - фотохимические, они идут под действием солнечной радиации. Для распада молекулы кислорода на атомы требуется излучение с длиной волны менее 242 нм, тогда как озон распадается при поглощении света в области 240-320 нм (последняя реакция как раз и защищает нас от жесткого ультрафиолета, так как кислород в этой спектральной области не поглощает). Остальные две реакции термические, т.е. идут без действия света. Очень важно, что третья реакция, приводящая к исчезновению озона, имеет энергию активации; это означает, что скорость такой реакции может увеличиваться под действием катализаторов. Как выяснилось, основной катализатор распада озона - оксид азота NO. Он образуется в верхних слоях атмосферы из азота и кислорода под действием наиболее жесткой солнечной радиации. Попадая в озоносферу, он вступает в цикл из двух реакций O3 + NO → NO2 + O2, NO2 + O → NO + O2, в результате которой его содержание в атмосфере не меняется, а стационарная концентрация озона снижается. Существуют и другие циклы, приводящие к снижению содержания озона в стратосфере, например, с участием хлора:

Cl + O3 → ClO + O2

ClO + O → Cl + O2.

Разрушают озон также пыль и газы, которые в большом количестве попадают в атмосферу при извержении вулканов. В последнее время возникло предположение, что озон также эффективно разрушает водород, выделяющийся из земной коры. Совокупность всех реакций образования и распада озона приводит к тому, что среднее время жизни молекулы озона в стратосфере составляет около трех часов.

Предполагают, что помимо природных, существуют и искусственные факторы, влияющие на озоновый слой. Хорошо известный пример - фреоны, которые являются источниками атомов хлора. Фреоны - это углеводороды, в которых атомы водорода замещены атомами фтора и хлора. Их используют в холодильной технике и для заполнения аэрозольных баллончиков. В конечном счете, фреоны попадают в воздух и медленно поднимаются с потоками воздуха все выше и выше, достигая, наконец, озонового слоя. Разлагаясь под действием солнечной радиации, фреоны сами начинают каталитически разлагать озон. Пока не известно в точности, в какой степени именно фреоны повинны в «озоновых дырах», и, тем не менее, уже давно принимают меры по ограничению их применения.

Как показывают расчеты, через 60-70 лет концентрация озона в стратосфере может уменьшиться на 25%. И одновременно увеличится концентрации озона в приземном слое - тропосфере, что тоже плохо, так как озон и продукты его превращений в воздухе ядовиты. Основной источник озона в тропосфере - перенос с массами воздуха стратосферного озона в нижние слои. Ежегодно в приземный слой озона поступает примерно 1,6 млрд. тонн. Время жизни молекулы озона в нижней части атмосферы значительно выше - более 100 суток, поскольку в приземном слое меньше интенсивность ультрафиолетового солнечного излучения, разрушающего озон. Обычно озона в тропосфере очень мало: в чистом свежем воздухе его концентрация составляет в среднем всего 0,016 мкг/л. Концентрация озона в воздухе зависит не только от высоты, но и от местности. Так, над океанами озона всегда больше, чем над сушей, так как там озон распадается медленнее. Измерения в Сочи показали, что воздух у морского побережья содержит на 20% больше озона, чем в лесу в 2 км от берега.

Современные люди вдыхают значительно больше озона, чем их предки. Основная причина этого - увеличение количества метана и оксидов азота в воздухе. Так, содержание метана в атмосфере постоянно растет, начиная с середины 19 века, когда началось использование природного газа. В загрязненной оксидами азота атмосфере метан вступает в сложную цепочку превращений с участием кислорода и паров воды, итог которой можно выразить уравнением CH4 + 4O2 → HCHO + H2O + 2O3. В роли метана могут выступать и другие углеводороды, например, содержащиеся в выхлопных газах автомобилей при неполном сгорании бензина. В результате в воздухе крупных городов за последние десятилетия концентрация озона выросла в десятки раз.

Всегда считалось, что во время грозы концентрация озона в воздухе резко увеличивается, так как молнии способствуют превращению кислорода в озон. На самом деле увеличение незначительно, причем оно происходит не во время грозы, а за несколько часов до нее. Во время же грозы и в течение нескольких часов после нее концентрация озона снижается. Объясняется это тем, что перед грозой происходит сильное вертикальное перемешивание воздушных масс, так что дополнительное количество озона поступает из верхних слоев. Кроме того, перед грозой увеличивается напряженность электрического поля, и создаются условия для образования коронного разряда на остриях различных предметов, например, кончиков ветвей. Это также способствует образованию озона. А затем при развитии грозового облака под ним возникают мощные восходящие потоки воздуха, которые и снижают содержание озона непосредственно под облаком.

Интересен вопрос о содержании озона в воздухе хвойных лесов. Например, в Курсе неорганической химии Г. Реми можно прочитать, что «озонированный воздух хвойных лесов» - выдумка. Так ли это? Ни одно растение озон, конечно, не выделяет. Но растения, особенно хвойные, выделяют в воздух множество летучих органических соединений, в том числе ненасыщенных углеводородов класса терпенов (их много в скипидаре). Так, в жаркий день сосна выделяет в час 16 мкг терпенов на каждый грамм сухой массы хвои. Терпены выделяют не только хвойные, но и некоторые лиственные деревья, среди которых - тополь и эвкалипт. А некоторые тропические деревья способны выделить в час 45 мкг терпенов на 1 г сухой массы листьев. В результате в сутки один гектар хвойного леса может выделить до 4 кг органических веществ, лиственного - около 2 кг. Покрытая лесом площадь Земли составляет миллионы гектаров, и все они выделяют в год сотни тысяч тонн различных углеводородов, в том числе и терпенов. А углеводороды, как это было показано на примере метана, под действием солнечной радиации и в присутствии других примесей способствуют образованию озона. Как показали опыты, терпены в подходящих условиях действительно очень активно включаются в цикл атмосферных фотохимических реакций с образованием озона. Так что озон в хвойном лесу - вовсе не выдумка, а экспериментальный факт.

Озон и здоровье.

Как приятно прогуляться после грозы! Воздух чист и свеж, его бодрящие струи, кажется, без всяких усилий сами втекают в легкие. «Озоном пахнет, - часто говорят в таких случаях. - Очень полезно для здоровья». Так ли это?

Когда-то озон, безусловно, считали полезным для здоровья. Но если его концентрация превышает определенный порог, он может вызывать массу неприятных последствий. В зависимости от концентрации и времени вдыхания озон вызывает изменения в легких, раздражение слизистых глаз и носа, головную боль, головокружение, снижение кровяного давления; озон уменьшает сопротивляемость организма бактериальным инфекциям дыхательных путей. Предельно допустимая его концентрация в воздухе составляет всего 0,1 мкг/л, а это означает, что озон намного опаснее хлора! Если несколько часов провести в помещении при концентрации озона всего лишь 0,4 мкг/л, могут появиться загрудинные боли, кашель, бессонница, снижается острота зрения. Если долго дышать озоном при концентрации больше 2 мкг/л, последствия могут быть более тяжелыми - вплоть до оцепенения и упадка сердечной деятельности. При содержании озона 8-9 мкг/л через несколько часов происходит отек легких, что чревато смертельным исходом. А ведь такие ничтожные количества вещества обычно с трудом поддаются анализу обычными химическими методами. К счастью, человек чувствует присутствие озона уже при очень малых его концентрациях - примерно 1 мкг/л, при которых йодкрахмальная бумажка еще и не собирается синеть. Одним людям запах озона в малых концентрациях напоминает запах хлора, другим - сернистого газа, третьим - чеснока.

Ядовит не только сам озон. С его участием в воздухе образуется, например, пероксиацетилнитрат (ПАН) СН3-СО-ООNО2 - вещество, оказывающее сильнейшее раздражающее, в том числе слезоточивое, действие, затрудняющее дыхание, а в более высоких концентрациях вызывающее паралич сердца. ПАН - один из компонентов образующегося летом в загрязненном воздухе так называемого фотохимического смога (это слово образовано от английского smoke - дым и fog - туман). Концентрация озона в смоге может достигать 2 мкг/л, что в 20 раз больше предельно допустимой. Следует также учесть, что совместное действие озона и оксидов азота в воздухе в десятки раз сильнее, чем каждого вещества порознь. Не удивительно, что последствия возникновения такого смога в больших городах могут быть катастрофическими, особенно если воздух над городом не продувается «сквозняками» и образуется застойная зона. Так, в Лондоне в 1952 от смога в течение нескольких дней погибло более 4000 человек. А смог в Нью-Йорке в 1963 убил 350 человек. Аналогичные истории были в Токио, других крупных городах. Страдают от атмосферного озона не только люди. Американские исследователи показали, например, что в областях с повышенным содержанием озона в воздухе время службы автомобильных шин и других изделий из резины значительно уменьшается.

Как уменьшить содержание озона в приземном слое? Снизить поступление в атмосферу метана вряд ли реалистично. Остается другой путь - уменьшить выбросы оксидов азота, без которых цикл реакций, приводящих к озону, идти не может. Путь это тоже непростой, так как оксиды азота выбрасываются не только автомобилями, но и (главным образом) тепловыми электростанциями.

Источники озона - не только на улице. Он образуется в рентгеновских кабинетах, в кабинетах физиотерапии (его источник - ртутно-кварцевые лампы), при работе копировальной техники (ксероксов), лазерных принтеров (здесь причина его образования - высоковольтный разряд). Озон - неизбежный спутник производства пергидроля, аргонодуговой сварки. Для уменьшения вредного действия озона необходимо оборудование вытяжки у ультрафиолетовых ламп, хорошее проветривание помещения.

И все же вряд ли правильно считать озон, безусловно, вредным для здоровья. Все зависит от его концентрации. Как показали исследования, свежий воздух очень слабо светится в темноте; причина свечения - реакции окисления с участием озона. Свечение наблюдали и при встряхивании воды в колбе, в которую был предварительно напущен озонированный кислород. Это свечение всегда связано с присутствием в воздухе или воде небольших количеств органических примесей. При смешении свежего воздуха с выдыхаемым человеком интенсивность свечения повышалась в десятки раз! И это не удивительно: в выдыхаемом воздухе обнаружены микропримеси этилена, бензола, уксусного альдегида, формальдегида, ацетона, муравьиной кислоты. Они-то и «высвечиваются» озоном. В то же время «несвежий», т.е. полностью лишенный озона, хотя и очень чистый, воздух свечения не вызывает, а человек его ощущает как «затхлый». Такой воздух можно сравнить с дистиллированной водой: она очень чистая, практически не содержит примесей, а пить ее вредно. Так что полное отсутствие в воздухе озона, по-видимому, тоже неблагоприятно для человека, так как увеличивает содержание в нем микроорганизмов, приводит к накоплению вредных веществ и неприятных запахов, которые озон разрушает. Таким образом, становится понятной необходимость регулярного и длительного проветривания помещений, даже если в нем нет людей: ведь попавший в комнату озон долго в ней не задерживается - частично он распадается, а в значительной степени оседает (адсорбируется) на стенках и других поверхностях. Сколько должно быть озона в помещении, пока сказать трудно. Однако в минимальных концентрациях озон, вероятно, необходим и полезен.

Таким образом, озон это мина замедленного действия. Если его правильно использовать, то он будет служить человечеству, но стоит его начать использовать не по назначению, как это моментально приведет к глобальной катастрофе и Земля превратится в такую планету как Марс.

Взаимодействие загрязняющих веществ с озоном происходит за счет прямой реакции с молекулами озона или же с радикалами, появляющимися в процессе его распада. Более активно озон взаимодействует с анионами, чем с нейтральными и катионными веществами.

Озон, являясь активным окислителем, взаимодействует со многими органическими и неорганическими веществами. Из галогенов с озоном не реагирует фтор и практически не вступает во взаимодействие хлор. Бром окисляется озоном сначала до гипобромита, а затем и до броматных соединений. При этом образующийся бромид может параллельно взаимодействовать с веществами органического происхождения и аммиаком. Йод окисляется озоном очень быстро с образованием йодатов и йодноватистой кислоты. Соли галогеносодержащих кислот уже не поддаются озоновому окислению. Практически нейтральными к озону являются азот и его соединения, в том числе аммиак и ионы аммония, а так же нитраты, за исключением аминов, хорошо взаимодействующих с гидроксильными радикалами. Токсичные цианиды легко окисляются озоном в цианаты, дальнейшее окисление которых происходит очень медленно и ускоряется только в присутствии ионов меди, замедляясь при наличии в растворе ионов железа. Сера и сульфитные при взаимодействии с озоном окисляются до сульфатов. Что же касается реакций с металлами, то озон достаточно активно окисляет железо и марганец, кобальт и никель, образуя оксиды и гидроксиды, удаляемые из раствора при флокуляции или фильтрации. Практически пассивен в отношении озона хром, хотя при определенных условиях он может быть окислен им до максимальной степени окисления, шестивалентного хрома.

1.1 Введение

Озон был открыт в 1840 г. швейцарским химиком Христианом Шомбайном, после экспериментов по электролизу кислот. Очень скоро, в результате ряда исследований было показано, что озон – это трехатомный кислород, газ при стандартных условиях, характерными свойствами которого является его способность к окислению многих веществ и дезинфекция микрофлоры. Эти свойства очень скоро были использованы в промышленности для обработки питьевой воды. В самом конце 90х XIX столетия в Нидерландах и Германии делались попытки дезинфицировать воду для питья с помощью озона. Общепризнанной датой рождения озонной технологии водоподготовки принято считать 1906 г., когда во французском городе Ницца начала работать станция водоподготовки, носившая символическое название «Добрый путь» («bon voyage») с производительностью по воде 22,5 м³/сутки. Станция успешно работала до 1970 г., когда была модернизирована. Эта практика получила в дальнейшем широкое распространение, о чем свидетельствуют следующие данные: В Германии количество предприятий, использующих озон выросло в период с 1984 по 2000г. С 30 до 300, а в США с 1954 по 1997 с 10 до 5500 соответственно.

В России эффективность озонирования для водоподготовки была оценена практически в то же время, что и за рубежом. В 1901 г. 5-ый водопроводный съезд заслушал доклад инженера Н.П. Зимина по озонированию воды; последний характеризовал «озонирование воды, как средство по устранению недостатков ее фильтрования при городских водопроводах».

В 1905 г. при Петропавловской больнице в Санкт-Петербурге была введена строй экспериментальная установка по озонированию воды. Было установлено, что число бактерий снижалось в среднем на 98,8%, улучшался вкус и отсутствовал цвет очищенной воды. В 1911 г. в Санкт-Петербурге начала работать самая крупная в мире в то время станция озонирования воды. При открытии, ее производительность составляла 44,5 тыс. м³/сутки обработанной воды.

Обзор представлений об озоне, его получении и применении в различных областях в начале ХХ века дан в книге русского инженера В.В. Караффа-Корбутта «Озон и его применение в промышленности и санитарии», вышедшей в 1912 г.

Одной из первых советских монографий на эту тему является книга В.Ф. Кожинова и И.В. Кожинова «Озонирование воды». Эти работы относятся к прошлому веку. За последнее время в производстве озона был достигнут значительный прогресс, при этом открылись новые весьма перспективные области использования озона.

1.2 Озон, его свойства и основные реакции с различными веществами.

1.2.1 Физико-химические свойства озона.

При нормальных условиях озон – газообразное бесцветное вещество, обладающее резким запахом. Считается, что запах озона – это запах свежего воздуха после грозы. Это действительно так, но лишь в том случае, если его концентрация очень мала и составляет доли предельно допустимых концентраций (ПДК). Детальное описание физико-химических свойств озона рассматривается в многочисленных работах, в частности . Некоторые основные физико-химические свойства озона приведены в таблице 1.1 .

Таблица 1.1 .Основные физико-химические свойства озона.

Чистый озон взрывоопасен. Он не обладает стабильностью и быстро разлагается. На разложение озона влияет множество факторов: температура, рН, присутствие веществ, подлежащих окислению, и пр.

1.2.2 Растворимость озона в воде

При растворении озона в воде, его концентрация постепенно повышается и достигает предельных значений для данных условий.

Растворимость озона в воде может быть выражена либо в виде так называемого коэффициента Бунзеа – β, показывающего отношение объема растворенного озона, приведенного к нормальным условиям, к объему воды (Vоз/Vв), либо в абсолютных значениях растворенного озона (г/л). При этом считается, что процесс растворения подчиняется закону Генри, согласно которому количество растворенного озона пропорционально давлению газообразного озона над раствором. Этот закон может быть записан в виде:

C стац = β

C стац - растворимость озона, г/л;

β – коэффициент Бунзена;

M – плотность озона = 2,14 г/л;

Pγ – парциальное давление озона в рассматриваемой газовой среде.

Следует отметить, что растворимость озона гораздо выше основных атмосферных газов – азота и кислорода, но слабее таких окислителей, как хлор и двуокись хлора. Растворимость озона повышается с понижением температуры воды. При этом наблюдается большой разброс в экспериментальных данных различных авторов, представленных в таблице 1.2 .

Таблица 1.2 Растворимость озона в воде.

Т, °С		По данным		По данным		По данным
	Β (л О3/л Н2О)	Растворимость, г/л	Β (л О3/л Н2О)	Растворимость, г/л	Β (л О3/л Н2О)	Растворимость, г/л

1.2.3 Разложение озона в воде

Одновременно с растворением озона в воде происходит его разложение. При этом скорость его распада, как и обратная величина «время жизни» зависит от температуры воды и, в основном, от состава воды. В первую очередь от наличия в воде различных примесей, особенно некоторых органических соединений и ионов металлов.

Время жизни в однократнодистеллированной воде 20 минут, а в обычной воде несколько минут.

1.3 Реакции озона с неорганическими веществами.

Озон может реагировать с различными, находящимися в воде веществами по двум различным механизмам – непосредственно как озон (в молекулярной форме) и виде радикала ОН*, который возникает при распаде озона в воде. Считается, что в нейтральной воде эти 2 канала реакций распределены поровну. В кислой среде преобладает молекулярный механизм, а в щелочной – радикальный.

Поскольку озон выступает в химических реакциях как окислитель, то можно судить о его окислительной способности, по так называемой величине окислительного потенциала. Значение величин окислительных потенциалов различных веществ –окислителей приведены в таблице 1.3 .

Таблица 1.3. Окислительно-восстановительные потенциалы различных веществ.

Из таблицы 1.3. следует, что озон является очень сильным окислителем. Из стабильных веществ он уступает только фтору и превосходит хлор в полтора раза .

1.3.1 Реакция озона с металлами.

Являясь сильным окислителем, озон в газовой фазе окисляет большинство металлов за исключением золота и некоторых металлов платиновой группы, оксиды высших степеней окисления, но эти реакции требуют обычно присутствие следов влаги. Щелочные и щелочноземельные металлы окисляются озоном так же, как и кислородом, только с большей скоростью. Интересно, что пластинки золота и платины (и в меньшей степени серебра и меди) в атмосфере сухого озона приобретают отрицательный электрический заряд.

Металлическое серебро хорошо окисляется озоном, как во влажном, так и в сухом газе в интервале температур от комнатной до 1000С с образованием коричневого оксида Ag2O. Последний является хорошим катализатором разложения озона.

Металлическая ртуть, как и серебро, окисляются озоном уже при комнатной температуре, при этом поверхность теряет уже присущую ей подвижность, прилипает к стеклу, а мениск ртути становится более плоским. Расплавленное олово при 5000С в присутствии 1% озона покрывается оксидной пленкой . Озон в присутствии воды окисляет свинец с образованием гидрооксида. В отсутствие влаги основным продуктом этой реакции является темно-коричневый диоксид свинца.. Полирование поверхности меди, цинка, железа, различных сталей в атмосфере влажного озона покрываются рыхлыми окислыми пленками, как и при обычной атмосферной коррозии. В сухой атмосфере эти поверхности пассивируются озоном, образуя защитные пленки. Аналогичная картина наблюдается для меди и цинка.

Взаимодействие металлов с озоном в растворах протекает более разнообразно. Так, если на золото озон в газовой фазе не действует, то небольшие его добавки способствуют растворению золота в растворах цианистого калия в 1.5-2 раза и серебра в 3 раза.

Сильные окислительные свойства озона предложено использовать для селективного окисления минералов в водной среде. Так были получены сульфаты бария и стронция. Сульфиды тяжелых металлов являются ценным металлургическим сырьем, поэтому перевод их в водорастворимые сульфаты (или оксиды), очень давно привлекал внимание. В настоящее время по этому вопросу накоплен большой лабораторный или полупромышленный массив экспериментальных данных. Речь идет о создании на основе выщелачивания металлов озоном из кислых пульп сульфидов. Эта гидрометаллургическая технология имеет целый ряд преимуществ перед используемой в настоящее время пирометаллургией..

1.3.2 Реакции озона с неметаллами.

Неметаллы реагируют с озоном различным образом. Сухой фосфор, как белый, так и красный, окисляется озоном до P2О5. Мышьяк подобно фосфору, сере, селену, теллуру в сухой атмосфере окисляется до оксидов, а в присутствии воды образуются соответствующие кислоты, а в щелочной воде – соли.

Азот не реагирует с озоном, но окислы азота (некоторые из них) реагируют очень легко, что делает возможность устранять их из газовых выбросов целого ряда предприятий . Второй неприятный ингредиент многих газовых выбросов, двуокись серы – не реагирует с озоном в газовой фазе, но реагирует в растворе . Цианиды (цианид-ионы) легко реагируют с озоном в водном растворе, и эти процессы, а также устранение из воды железа и марганца подробно рассматриваются ниже.

Озон окисляет все галогены, кроме фтора, причем с увеличением порядкового номера элемента легкость окисления увеличивается. Эти процессы кратко рассматриваются в разделе, посвященном обработке воды в плавательных бассейнах.

1.4. Реакции озона с органическими соединениями.

Дать характеристику реакций всех основных органических веществ с озоном достаточно трудно. Возможно, лишь отметить некоторые общие положения, рассматривая прямое воздействие озона.

Насыщенные алкильные соединения реагируют с озоном очень медленно. Большинство хлорированных углеводородов и даже ненасыщенные углеводороды не реагируют прямо с озоном. В этом случае необходимо косвенное взаимодействие с озоном через радикал ОН*. Бензол окисляется озоном очень медленно, а полициклические углеводороды быстрее. Время реакции озона с фенольными соединениями составляет насколько секунд.

Карбоксильные кислоты, кетовые кислоты и ряд подобных соединений представляют собой конечные стабильные продукты процесса окисления органических веществ озоном.

Амины при нейтральных значениях рН реагируют весьма медленно с озоном, при рН › 8 реакции окисления проходят быстрее. Однако в основном реакции окисления аминов идут через ОН радикалы. Четвертичные амины (ароматические амины) реагируют с озоном быстрее.

Спирты могут взаимодействовать с озоном, образуя в качестве промежуточных соединений гидропероксиды. При этом они окисляются до карбоксильных кислот, в то время как вторичные спирты – до кетонов. Карбоновые кислоты с озоном реагируют слабо или не реагируют вообще.

Меркаптаны окисляются с озоном до сульфоновых кислот. Бисульфиты и сульфоновые соединения являются промежуточными веществами. Аминокислоты, в состав которых входит сера (цистеин, цестин и метионин) реагируют быстро.

Аминокислоты (составляющая часть белков) реагируют по электрофильному механизму.

Среди пестицидов, содержащих эфиры фосфорной кислоты, наиболее известным является паратион. Озонирование этого соединения приводит к появлению параоксона, который более токсичен, чем паратион. Дальнейшее озонирование превращает параоксон в менее токсичные вещества (например, в нитрофенол, который затем окисляется до конечных продуктов – нитратов и СО2).

1.5. Озон, как инактиватор микрофлоры.

Как уже упоминалось выше озон обладает мощным бактерицидным и вирулентным (инактивирующим вирусы) действием.

В научной литературе (особенно популярной) часто утверждается, что озон действительно дезактивирует бактерии и вирусы сильнее, чем хлор (и это будет проиллюстрировано ниже), но к количественным оценкам этого преимущества надо относится с определенными оговорками.

В настоящее время при оценке эффективности того или иного дезинфектанта используется так называемый СхТ критерий, т.е. произведение концентрации реагента на время действия.

Можно сказать, что:

ВОЗДЕЙСТВИЕ (ИНАКТИВАЦИЯ) = Концентрация * Время воздействия.

В таблице 2.1. представлены для сравнения значения СхТ критерии для различных микроорганизмов – дезинфицирующих агентов.

Таблица 2.1. Значение СхТ критерия для различных микроорганизмов (99% инактивации при 5-25 °С. СхТ критерий (Мг/л*мин)

Очевидно, что озон превосходит такие дезинфектанты как хлор, хлорамин и двуокись хлора, но по-разному для различных патогенов. Для такого патогенна как кишечная палочка (Е-coli) озон более эффективен, чем хлор, но ненамного. В то же время для криптоспоридиума отношение СхТ критериев этих дезинфекторов приближается к 1000. В принципе озону могут составить конкуренцию такие дезинфицирующие реагенты как хлор, бром, йод, двуокись хлора и серебро.

Молекулярный газообразный хлор, растворяясь в воде, распадается, производя хлористую кислоту HOCl, которая, в свою очередь, диссоциирует в воде на анион СlО- и катион Н+. Степень этой диссоциации определяется кислотностью среды. Установлено, что при рН = 8 концентрация недиссоциироавшей кислоты ≈ 20%, а при рН = 7, концентрация НСlО≈80%. Так как сильным бактерицидным действием обладает именно НСlО, то при использовании хлора (даже в виде гипохлорита) необходимо поддерживать оптимальное значение рН.

Йод, как дезинфектант, используется для инактивации микрофлоры в небольших системах водоподготовки и иногда в плавательных бассейнах небольшого объема. По своим дезинцифицирующим свойствам йод слабее хлора и тем более озона, но он более удобен в транспортировке.

Бром, в принципе, может использовать для целей дезинцификации, однако, в присутствии других окислителей он образует броматы, производные кислоты HBrO3, которые являются весьма вредными и им соответствует низкое значение ПДК. Эта проблема – образование броматов при озонировании бром-содержащих вод является достаточно серьезной, и мы остановимся на ней в разделе «Использовании озона для подготовки питьевой воды». Серебро – экзотический, но весьма слабый дезинфектант, и используется редко.

Кроме того, в последнее время отечественная и зарубежная промышленность предлагает ряд органических веществ, обладающих сильным дезинфицирующим действием. Однако все они имеют те или иные недостатки и большого распространении до настоящего времени не нашли.

Таким образом, реальным конкурентом озону может быть только хлор. К сожалению, у хлора есть существенные недостатки:

Долгое время использовался жидкий хлор из баллонов под давлением, что являлось большой проблемой с точки зрения безопасности. В настоящее время хлор получают или используют гипохлорит, который, растворяясь в воде, создает необходимую концентрацию свободного хлора. Надо отметить, что под термином «свободный хлор» понимают концентрацию хлорноватистой кислоты HСlO. Использование гипохлорита вызывают необходимость в хранении запаса реагента, но гипохлорит при хранении разлагается, и содержание свободного хлора падает.

Одно из основных неприятных свойств хлора, заключается в том, что при его реакциях с большинством органических соединений возникает целый спектр хлорорганических производных, большинство из которых сильно ядовиты. Хлорфенолы и особенно полихлорфенолы, некоторые из последних, так называемые диоксины, являются одними из сильнейших известных в настоящее врем органических ядов, причем действие этих токсинов заключается в разрушении иммунной системы человека, так что говоря о диоксинах иногда используют термин «химический СПИД».

Хлор очень легко взаимодействует с аммиаком, образуя хлорамины. Эти вещества обладают весьма слабым дезинфицирующим действием, но чрезвычайно сильно раздражают слизистые оболочки глаз и носоглотки. Хлорамины часто называют «связанным хлором». Этот связанный хлор в 5-10 раз более сильный раздражитель, чем свободный хлор.

Озон также может образовывать промежуточные соединения (by products) при озонировании газовых и конденсированных сред. Теоретически можно допустить, что образующиеся by products более токсичны, чем озон.

Эта проблема была предметом исследований многих ученых всего мира. Концентрации и состав промежуточных веществ, возникающих при озонировании, сильно зависят от того, озонируется ли питьевая или сточная вода. Безусловно, в первом случае образуется гораздо меньше by products и состав их более очевиден. Все эти вопросы будут рассмотрены в соответствующих разделах обзора. Можно резюмировать достаточно согласующиеся результаты многолетних исследований следующим образом :

В подавляющем большинстве случае промежуточные продукты окисления загрязнителей озоном МЕНЕЕ ТОКСИЧНЫ, чем исходные ингредиенты.

Прямое сопоставление промежуточных веществ, образующихся при сравнительных экспериментах по хлорированию и озонированию показало, что в первом случае образуется гораздо больше нежелательных by products .

Прямое сопоставление хлора и озона в качестве дезинфектантов микрофлоры делалось в многочисленных экспериментальных исследованиях и на работающих водоочистительных станциях. Отметим лишь некоторые из известных работ:

М. Кейн и Глекнер изучали действие озона и хлора на цисты (плотные оболочки, образующиеся вокруг одноклеточных организмов) Endamoeba hystolica и на бактерии, сопутствующие этим культурам. Установлено, что время, необходимое для уничтожения этих организмов при остаточной концентрации озона 0.3 мг/л составляет 2-7.5 мин, а для хлора (остаточная концентрация 0.5-1 мг/л) гораздо больше – 15-20 мин.

Вирусологи США и Германии в 40х-60х годах провели ряд исследований с суспензиями вируса полиоэмилита в целях его инактивации с помощью хлора, озона и двуокиси хлора .

Выводы из этих исследований могут быть представлены в следующем виде:

Инактивация вируса полиомиелита хлором достигается дозой 0.1 мг/л при температуре воды 18 ºС, при температуре воды 7 ºС доза хлора должна быть не менее 0.25 мг/л.

Инактивация вируса с помощью озона достигается дозой 0.1 мг/л при температуре воды 18 ºС, для холодной воды 7ºС доза должна быть повышена до 0.15 мг/л.

При использовании двуокиси хлора необходимо использовать дозу 0.6 мг/л (18 ºС). Для воды с температурой 7 ºС доза двуокиси хлора должна составлять 1 мг/л.

По данным Науманна возбудители полиомиелита уничтожаются озоном за 2 мин при концентрации 0.45 мг/л, тогда как при хлорировании дозой 1 мг/л для этого требуется 3 часа.

По мнению ряда авторов, озон успешно устраняет микроводоросли и простейшие активнее, чем хлор. Так озон при концентрации 15 мг/л за 3 мин разрушает виды простейших, которые сохраняют свою активность при обработке воды дозой хлора 250 мг/л в течение продолжительного времени.

Личинки моллюска дрейсены при дозе озона 0.9-1.0 мг/л погибли на 90%, при дозе 2 мг/л – 98%, при дозе 3 мг/л – полностью. Взрослые формы моллюска погибали при более длительной обработке озонированной водой (до 30 мин).

Правда, цветущие водоросли, обычно бурно размножаются в открытых бассейнах на солнечном свете, слабо подвержены действию озона. Здесь используют ударные дозы хлора. Эту обработку проводят обычно ночью при профилактической чистке таких бассейнов.

Риденор и Инголс из США обрабатывали хлором и озоном суспензии e-coli в дистиллированной воде при Нр = 6.8 и температура 1 ºС. В этих условиях бактерицидные дозы, вызывающие гибель 99% колоний e-coli составляли для хлора 0.25-0.3 мг/л за 16 мин, а для озона 0.5 мг/л за 1 мин.

Многолетняя история использования этих двух дезинфектантов на больших водоочистных станциях содержит богатый фактический материал, позволяющий судить об их преимуществах и недостатках. В упоминавшейся уже книге «Озонирование воды» приводится ряд интересных примеров.

Так за время длительной эксплуатации станции в Ницце в озонированной воде никогда не обнаруживалось появление бактерий Escherichia coli и Clostridium pertringers.

На фильтровальной станции Бельмонт в Филадельфии (США) озонирование воды показало результаты по устранению e-coli более успешно, чем результаты достигнутые при хлорировании.

Исследования по озонированию воды проводились на Восточной водопроводной станции в г. Москва. Эффект обеззараживания воды озоном при содержании общего количества бактерий в 1 мл 800-1200 ед. составляет: при дозе озона 1 мл/л 60-65%, при дозе 2 мл/л – 85%, при дозе 3 мл/л – 90-95%. Приемлемой дозой озона следует считать 3-4 мл/л.

На Рублевской водопроводной станции (г. Москва) проводили озонирование воды реки Москвы. Общее число бактерий в 1 мл воды после введения озона снижалось на 92-99% в пределах времени от 1-25 мин. Бактерицидная доза озона соответствовала такой, после обработки, которой нельзя было обнаружить e-coli в 500 мл. воды. Повышение мутности с 6.8 до 12 мг/л и цветности с 3.2 до 18 град. требовало увеличения бактерицидной дозы озона с 3.2 до 4.1 мг/л.

Так сопоставляя работу французской станции водоподготовки в Сен-Мор и станции в Чикаго (США) В. Ф. Кожинов отмечает, что в первом случае болезни «водного происхождения» были зарегистрированы лишь в 1 случае на 100 тыс. жителей, хотя концентрация остаточного озона в воде не превышала 0.05 мг/л.

В то же время в Чикаго имели место вспышки желудочно-кишечных заболеваний несмотря на весьма значительное содержание хлора в водопроводной воде.

Один из крупнейших гигиенистов прошлого века Уотсон высказал на международном конгрессе по водоснабжению в Стокгольме (июль 1964 г.) такое мнение: «Наиболее существенным возражением против озонирования обычно считают отсутствие остаточного озона в разводящей водопроводной сети, тогда как при хлорировании в сети может быть обнаружен остаточный хлор. Эксперименты, проведенные в г. Аштоне (Англия) показали, что в обеззараженной озоном воде, циркулирующей в исправной водопроводной сети трубопроводов, не происходит ухудшение ее качеств. Контрольные пробы озонированной воды, взятые из сети, оказались совершенно равноценными пробам, содержащим остаточный хлор в воде, взятых из других источников. Установлено также, что небольшие количества остаточного хлора, имеющиеся в трубопроводах, не могут оказать никакого обеззараживающего действия на загрязнения, вызванные повреждениями коммуникаций. Т.е. присутствие остаточного хлора в трубопроводах еще не означает непременной бактериальной чистоты воды, хотя зачастую ее считают именно такой .

Один из авторов этого обзора обсуждал данную проблему с ведущими работниками цюриховского водопровода, и они подтвердили мнение Уотсона, что при использовании чистых труб в водопроводных сетях, повторного заражения озонированной воды не происходит.

Даже из этого краткого сопоставления озона с другими окислителями-дезинфектантами преимущества озона бесспорны.

Подводя некоторый итог предельно краткому сопоставлению озона, хлора и двуокиси хлора как агента для очистки и обеззараживания воды отметим, что в определенном смысле этот спор был решен самой жизнью. Действительно опыт работы водоочистительных станций, использующих озон и хлор полностью свидетельствует в пользу озона.

1.6 Другие преимущества озона.

Из-за краткости обзора мы не останавливаемся здесь на таких положительных свойствах озона как усиление процессов коагуляции-флоккуляции, эффективное воздействие на процесс микрофлоккуляции, несравненно более высокое качество воды в плавательных бассейнах, использующих озон вместо хлора и ряд других.

Наконец, проблема стоимости. Бытует мнение, что озонирование значительно дороже хлорирования. Однако это не так. В процессе хлорирования возникает необходимость устранить излишний хлор из воды, провести так называемое дехлорирование. Обычно это делают, применяя специальные реагенты. С учетом этого фактора, а также тенденций непрерывного понижения цены на озонаторное оборудование и повышение цены на хлор и хлор-продукты, в настоящее время стоимость этих процессов практически сопоставима.

Тем не менее, хлорирование, если говорить о нашей стране, используется чаще, чем озонирование. Почему? Есть несколько причин.

Работать с хлором, особенно если речь идет о баллонах с жидким хлором, сравнительно просто. Достаточно отвернуть вентиль баллона или вылить в бассейн ведро гипохлорита, как, в первом приближении, все проблемы с дезинцификацией решены. Это, безусловно, проще, чем следить за концентрацией озона, выходящего из озонатора, учитывая, что озонатор сравнительно сложный аппарат и надо быть уверенным, что он неожиданно не отключится.

Вот здесь и возникает вторая (а может быть и первая) причина слабой распространенности озона. До самого последнего времени надежность озонаторного оборудования оставляла желать лучшего, а низкий уровень автоматизации предполагал необходимость использования обслуживающего персонала относительно высокой квалификации.

В разделе «Получение озона» мы остановимся на рассмотрении этой проблемы более детально и критически рассмотрим существующие конструкции именно под углом надежности и простоты оборудования. Лишь последнее поколение озонаторов фирмы «Позитрон» позволяет за счет высокой автоматизации и надежности конструкции, свести обслуживание озонирующей аппаратуры к минимуму, точнее к нажатию одной кнопки.

1.7 Токсикология озона

Токсичные свойства озона стали предметом многочисленных исследований, начиная с 40х годов прошлого столетия. В это время в Лос-Анджелесе (США), а затем во многих других городах, наблюдалось появление так называемого фотохимического смога. Под действием солнечной радиации автомобильные выбросы (углеводороды и окись азота) трансформировались в результате сложной цепи фотохимических реакций в озон и органические перекиси, в том числе в бензопирен-очень сильный канцероген. При этом в ряде случаев концентрация озона достигала 10 ПДК (≈ 1 мг/м³). У людей, подвергшимся действию фотохимического смока, наблюдалось раздражение глаз и слизистых оболочек дыхательного тракта. После пребывания определенного времени на свежем воздухе неприятные симптомы исчезали.

Технический прогресс и в первую очередь применение каталитических нейтрализаторов автомобильных выбросов практически полностью устранили причины, вызывающие фотохимический смог. Тщательные экспериментальные исследования на людях и животных прояснили достаточно полно вопрос о токсичности озона. Можно сказать, (по нашему мнению) что в определенном смысле страхи о токсичности озона являются мифом. Да, озон относят к веществам с первым классом опасности. Его ПДК ниже, чем у таких веществ как хлор и цианистый водород (ПДК хлора = 1 мг/м³, ПДК цианистого водорода = 0.3 мг/м³). Дело в том, что при установлении величины ПДК учитывается не только летальная доза, но и упругость пара данного вещества. Так как озон крайне летучий газ (Тº кип = -111 ºС), то значение токсичности оказывается высоким. Но, необходимо подчеркнуть, что за полтора столетия знакомства человечества с озоном неизвестно ни одного случая летального отравления озоном. Да и вообще не наблюдалось ни одного случая серьезного отравления озоном, который бы потребовал пребывание в медицинском стационаре. Наибольшее влияние озон оказывает на органы дыхания. Меняется частота дыхания, объем воздуха при вдохе, жизненная и остаточная емкость легких. Но в книге венгерского специалиста по озону М. Хорвата описан эксперимент, в котором 5 человек помещали в специальную камеру с максимальной выдержкой 6 ррм озона в течение 1 часа (6 ррм ≈ 120 ПДК) и минимальной 1.2 ррм (≈ 24 ПДК) в течение 2.5 часов. Ощущение вкуса, давление крови, частоты пульса не было обнаружено. Было найдено, что снижалось ощущение запаха, однако не ясно, воздействует ли озон на нервную систему или «перебивает» запах вещества датчика. Не было обнаружено также никакого изменения в составе крови.

Опыты, проведенные на малых животных, показали, что имеется привыкание организма к озону, после чего он способен переносить и летальные дозы. Однако необходимо сделать существенное замечание именно по летальным дозам озона.

Одному из авторов этого обзора приходилось при работе с озоном, в силу непредусмотренных обстоятельств вдыхать озон в концентрации 20-40 г/м³, что соответствует (10-30)- 10³ ррм, и лежит много выше летальной кривой 4. Ощущение было весьма неприятным, но пребывание на свежем воздухе полностью восстановили нормальное дыхание. Даже если у человека насморк, и он не ощущает запах озона, сейчас в продаже имеются простые и надежные «озоновые щупы», позволяющие быстро найти любую утечку озона.

1.8 Заключение

Озон, как уникальный окислитель-дезинфектант получил широкое распространение в мире, в первую очередь в области подготовки питьевой воды. Во Франции, например, функционирует несколько тысяч водоочистных предприятий, использующих озон. Физико-химические свойства озона весьма своеобразны. Он хорошо растворяется в воде, но быстро в ней разлагается, особенно если есть примеси загрязнителей. Поэтому время жизни, особенно с нейтральным РН может меняться от часов (сверхчистая вода) до секунд (щелочные растворы, органические примеси).

Как сильный окислитель (его окислительный потенциал уступает, из стабильных веществ, только фтору), озон окисляет практически все металлы, исключая золото. Со многими веществами озон реагирует с взрывом. Озон реагирует с растворами хлора в воде, что существенно при использовании этих веществ для обработки воды в плавательных бассейнах. Реакции с органическими веществами зависят, в первую очередь, от природы органических веществ. Соединения с ненасыщенными связями окисляются очень быстро. Другие же вещества, как органические кислоты (щавелевые, уксусные, и.т.п), а также спирты и кетоны реагируют очень медленно. Скорости реакций с озоном в растворе зависят очень сильно от РН среды, т.к. в кислой среде реализуется молекулярный механизм окисления, где действует сам озон, а в щелочной – радикал ОН*.

Не менее, а может, и более ценным свойством озона является его чрезвычайно эффективная способность к устранению микрофлоры. Здесь он превосходит другие распространенные дезинфектанты (в первую очередь хлор) в 3-1000 раз, в зависимости от вида патогенной микрофлоры. Губительно действие озона и на такие микроорганизмы как грибы и водоросли, хотя в этом случае многое зависит от условий обработки.

Несмотря на эти очевидные преимущества в целом ряде производств (в первую очередь в водоподготовке) весьма часто вместо озона используют хлор и его соединения. Это связано с рядом предубеждений. Считается, что применение озона значительно дороже, чем использование хлора. В ряде квалифицированных сопоставлений стоимостных показателей озонной и хлорной очистки, когда учитывалась стоимость заключительного процесса дехлорирования, показано, что суммарные расходы практически одинаковы, а в ряде случаев, когда транспортировка химических реактивов затруднена или сильно затратна, использование озона выгоднее других окислителей-дезинфектантов.

Правда, само производство озона является технически более сложным процессом, чем получение хлора. Ранее часто имели место претензии к сложности обслуживания и надежности озонаторного оборудования. Сейчас эта ситуация изменилась в лучшую сторону. Последние разработки предлагаемые группой компаний VIRIL GROUP отличаются высокой степенью автоматизации. Для включения озонатора и его дальнейшей работы достаточно нажать одну кнопку.

Наконец существует предвзятое мнение о чрезвычайно высокой токсичности газообразного озона. Действительно, для озона существует весьма низкое значение предельно допустимой концентрации ПДК=0,1 мг/л. НО это объясняется в первую очередь его очень высокой летучестью (озон сжижается при -1110 C) Во всяком случае, за 100 лет существования озона не известно ни одного серьезного случая отравления им, не говоря уж об отравлениях с летальным исходом

1.9 Список литературы

Драгинский В.Л., Алексеева Л.П., Самойлович В.Г. «Озонирование в процессах очистки воды» М. Дели принт. 2007 г.

Инж. В.В. Караффа-Корбутть «Озонъ и его применение въ промышленности и санитарiи» Изд. «Образование» СпП. 1912 г.

В.Ф. Кожинов, И.В. Кожинов «Озонирование воды» М. Стройиздат 1973 г.

В.В. Лунин, М.П. Попович, С.Н. Ткаченко «Физическая химия озона» Изд. МГУ 1998г.

Manley Т.С., Negowski S.J. «Ozone» in Encyclopedic of chemical Technology. SecondEd. Vol 14. N.J. 1967.

Чуднов А.Ф. Реакция озона с неорганическими веществами. Труды кузбасского политехнического института. Г.Кемерово. 1979г.

HozvatsM.L. BilitzkilandHutter. Ozoneed. AkademiaKiado. Budapest.1985

Коган Б.Ф. и др. Справочник по растворимости. Т1 кн.1 м.1961

Manchot E. Kampsihulte Berichte b.40 2891.1907

Там же. B.43.750.1910

Андреев Н.И. Известия С-П политехнического института.1908. т.9 №19 стр.447

RonrebertE. DazOzone. Huttart 1916.

Крылова Л.Н. Физико-химические свойства комбинированной технологии переработки смешанных медных руд удоканского месторождения. Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва 2008г.

Крылова Л.Н. и др. «Применение озона в гидрометаллургии. Материалы первой всероссийской конференции «Озон и другие экологически чистые окислители». 2005г. Москва, МГУ, стр155

Акопян С.З. и др. Кинетика окисления дисульфида озоном. Материалы второй всесоюзной конференции по озону. Москва, 1977, с.6

Бабаян Г.Г. и др. Обезмеживание электролитных шлаков меднохимического производства с помощью озона. стр.153.

Чтян Г.С. и др. Механизм процесса переработки медноэлектролитных шлаков озоном. Материалы совещания «Химия и технология редних элементов» Ереван. 1978г. С 122.

Семачев В.Ю. Семачев В.Ю. Разработка озонного способа очистки дымовых газов ТЭС. Автореферат дисстертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва 1987г.

Новоселов С.С. и др. «Озоновый метод очистки дымовых газов».Теплоэнергетика 1986г. №9.

Разумовский С.Д. Замков Д.Е. Озон и его реакции с органическими соединениями. М. 1974г.

DojbidoJ. Etol. «Образование промежуточных веществ в процессе озонирования и хлорирования» Wat. Res. 1999. 33. №4 р3111 – 3118.

ОЗОН (О 3) — аллотропная модификация кислорода, его молекула состоит из трех атомов кислорода и может существовать во всех трех агрегатных состояниях. Молекула озона имеет угловую структуру в форме равнобедренного треугольника с вершиной 127 o . Однако замкнутого треугольника не образуется, а молекула имеет строение цепи из 3-х атомов кислорода с расстоянием между ними 0,224 нм. В соответствии с этой молекулярной структурой дипольный момент составляет 0,55 дебай. В электронной структуре молекулы озона имеются 18 электронов, которые образуют мезомерностабильную систему, существующую в различных пограничных состояниях. Пограничные ионные структуры отражают дипольный характер молекулы озона и объясняют его специфическое реакционное поведение в сравнении с кислородом, который образует радикал с двумя неспаренными электронами. Молекула озона состоит из трех атомов кислорода. Химическая формула этого газа– O 3 Реакция образования озона: 3O 2 + 68 ккал/моль (285 кДж/моль) ⇄ 2O 3 Молекулярная масса озона – 48 При комнатной температуре озон — это бесцветный газ с характерным запахом. Запах озона чувствуется при концентрации 10 -7 М. В жидком состоянии озон — это темно-синий цвет с температурой плавления -192,50 С. Твердый озон представляет собой кристаллы черного цвета с температурой кипения -111,9 гр.С. При температуре 0 гр. и 1 атм. = 101,3 кПа плотность озона составляет 2,143 г/л. В газообразном состоянии озон диамагнитен и выталкивается из магнитного поля, в жидком -слабопарамагнитен, т.е. обладает собственным магнитным полем и втягивается в магнитное поле.

Химические свойства озона

Молекула озона неустойчива и при достаточных концентрациях в воздухе при нормальных условиях самопроизвольно превращается в двухатомный кислород с выделением тепла. Повышение температуры и понижение давления увеличивают скорость разложения озона. Контакт озона даже с малыми количествами органических веществ, некоторых металлов или их окислов резко ускоряет превращение. Химическая активность озона очень велика, это мощный окислитель. Он окисляет почти все металлы (за исключением золота, платины и иридия) и многие неметаллы. Продуктом реакции в основном является кислород. Озон растворяется в воде лучше, чем кислород, образуя нестойкие растворы, причём скорость его разложения в растворе в 5 -8 раз выше, чем в газовой фазе, чем в газовой фазе (Разумовский С.Д., 1990). Это обусловлено, по-видимому, не спецификой конденсированной фазы, а его реакциями с примесями и ионом гидроксила, поскольку скорость распада очень чувствительна к содержанию примесей и рН. Растворимость озона в растворах хлорида натрия подчиняется закону Генри. С увеличением концентрации NaCl в водном растворе растворимость озона уменьшается (Тарунина В.Н. и соавт.,1983). Озон имеет очень высокое сродство к электрону (1,9 эВ), что и обуславливает его свойства сильного окислителя, превосходимого только фтором (Разумовский С.Д., 1990).

Биологические свойства озона и его влияние на организм человека

Высокая окисляющая способность и то, что во многих химических реакциях, протекающих с участием озона, образуются свободные радикалы кислорода, делают этот газ крайне опасным для человека. Как газообразный озон влияет на человека:

• Раздражает и повреждает ткани органов дыхания;
• Воздействует на холестерин в крови человека, образуя нерастворимые формы, что приводит к атеросклерозу;
• Долгое нахождение в среде с повышенной концентрацией озона может стать причиной мужского бесплодия.

В Российской Федерации озон отнесён к первому, самому высокому классу опасности вредных веществ. Нормативы по озону:

• Максимальная разовая предельно допустимая концентрация (ПДК м.р.) в атмосферном воздухе населённых мест 0,16 мг/м 3
• Среднесуточная предельно допустимая концентрация (ПДК с.с.) – 0,03 мг/м 3
• Предельно допустимая концентрация (ПДК) в воздухе рабочей зоны – 0,1 мг/м 3 (при этом, порог человеческого обоняния приближённо равен 0,01 мг/м 3).

Высокую токсичность озона, а именно – его способность эффективно убивать плесень и бактерии, используют для дезинфекции. Применение озона вместо средств дезинфекции на основе хлора позволяет существенно сократить загрязнение окружающей среды хлором, опасным, в числе прочего, и для стратосферного озона. Стратосферный озон играет роль защитного экрана для всего живого на земле, препятствуя проникновению к поверхности Землю жесткого ультрафиолетового излучения.

Вредные и полезные свойства озона

Озон присутствует в двух слоях атмосферы. Тропосферный или приземный озон, находящийся в ближайшем к поверхности Земли слое атмосферы-в тропосфере – опасен. Он вреден и для человека, и для других живых организмов. Он губительно воздействует на деревья, посевы сельскохозяйственных культур. Кроме того, тропосферный озон-один из главных „ингредиентов“ городского смога. В тоже время стратосферный озон очень полезен. Разрушение образованного им озонового слоя (озонового экрана) приводит к тому, что поток ультрафиолетового излучения на земную поверхность увеличивается. Из-за этого возрастает количество заболеваний раком кожи (в том числе наиболее опасного его вида-меланомы), случаев катаракты. Воздействие жесткого ультрафиолета ослабляет иммунитет. Избыточное УФ-излучение может также стать проблемой для сельского хозяйства, так как посевы некоторых культур чрезвычайно чувствительны к ультрафиолету. В то же время следует помнить, что озон – ядовитый газ, и на уровне земной поверхности он является вредоносным загрязнителем. Летом из-за интенсивного солнечного излучения и жары в воздухе образуется особенно много вредоносного озона.

Взаимодействие озона и кислорода друг с другом. Сходства и различия.

Озон – аллотропная форма кислорода. Аллотропия – существование одного и того же химического элемента в виде двух и более простых веществ. В данном случае и озон (O3) и кислород (O 2) образованы химическим элементом О. Получение озона из кислорода Как правило, исходным веществом для получения озона выступает молекулярный кислород (O 2), а сам процесс описывается уравнением 3O 2 → 2O 3 . Эта реакция эндотермична и легко обратима. Для смещения равновесия в сторону целевого продукта (озона) применяются определенные меры. Один из способов получения озона – использование дугового разряда. Термическая диссоциация молекул резко возрастает с ростом температуры. Так, при Т=3000К - содержание атомарного кислорода составляет ~10 %. Температуру в несколько тысяч градусов можно получить при помощи дугового разряда. Однако при высокой температуре озон разлагается быстрее молекулярного кислорода. Чтобы предотвратить это, можно сместить равновесие, сначала нагрев газ, а затем резко его охладив. Озон в данном случае-промежуточный продукт при переходе смеси O 2 +O к молекулярному кислороду. Максимальная концентрация O 3 , которую можно получить при таком способе производства, достигает 1 %. Этого достаточно для большинства промышленных целей. Окислительные свойства озона Озон - мощный окислитель, намного более реакционноспособный по сравнению с двухатомным кислородом. Окисляет почти все металлы и многие неметаллы с образованием кислорода: 2 Cu 2+ (aq) + 2 H 3 O + (aq) + O 3(g) → 2 Cu 3+ (aq) + 3 H 2 O (1) + O 2(g) Озон может участвовать в реакциях горения, температура горения при этом выше, чем при горении в атмосфере двухатомного кислорода: 3 C 4 N 2 + 4 O 3 → 12 CO + 3 N 2 Стандартный потенциал озона равен 2.07 В, поэтому молекула озона неустойчива и самопроизвольно превращается в кислород с выделением тепла. При небольших концентрациях озон разлагается медленно, при высоких — со взрывом, т.к. его молекула обладает избыточной энергией. Нагревание и контакт озона с ничтожными количествами органических веществ (гидроокиси, перекиси, металлы переменной валентности, их окислы) резко ускоряет превращение. Напротив, присутствие небольших количеств азотной кислоты стабилизирует озон, а в сосудах из стекла и некоторых пластмасс или чистых металлов озон при -78 0 C. практически разлагается. Сродство озона к электрону равняется 2 эв. Таким сильным сродством обладает только фтор и его окислы. Озон окисляет все металлы (за исключением золота и платиновых), а также большинство других элементов. Хлор участвует в реакциях с озоном с образованием гипохлора ОCL. Реакции озона с атомарным водородом являются источником образования гидроксильных радикалов. Озон имеет максимум поглощения в УФ-области при длине волны 253,7 нм с молярным коэффициентом экстинции: E = 2,900 На основании этого УФ-фотометрическое определение концентрации озона вместе с йодо-метрическим титрованием принято за международные стандарты. Кислород, в отличие от озона, в реакцию с KI не вступает.

Растворимость озона и его стабильность в водных растворах

Скорость разложения озона в растворе в 5-8 раз выше, чем в газовой фазе. Растворимость озона в воде в 10 раз выше, чем кислорода. По данным разных авторов величина коэффициента растворимости озона в воде колеблется от 0,49 до 0,64 мл озона/ мл воды. В идеальных термодинамических условиях равновесие подчиняется закону Генри, т.е. концентрация насыщенного раствора газа пропорциональна его парциальному давлению. C S = B × d × Рi где: С S — концентрация насыщенного раствора в воде; d — масса озона; Pi — парциальное давление озона; B — коэффициент растворения; Выполнение закона Генри для озона как метастабильного газа условно. Распад озона в газовой фазе зависит от парциального давления. В водной среде имеют место процессы, выходящие за область действия закона Генри. Вместо него в идеальных условиях действует закон Gibs-Dukem-Margulesdu. В практике принято выражать растворимость озона в воде через соотношение концентрации озона в жидкой среде к концентрации озона в газовой фазе: Насыщение озоном зависит от температуры и качества воды, поскольку органические и неорганические примеси изменяют рН среды. При одинаковых условиях в водопроводной воде концентрация озона составляет 13 mg/l, в бидистиллированной воде — 20mg/l. Причиной этого является значительный распад озона из-за различных ионных примесей в питьевой воде.

Распад озона и период полураспада (т 1/2)

В водной среде распад озона сильно зависит от качества воды, температуры и рН среды. Повышение рН среды ускоряет распад озона и снижает при этом концентрацию озона в воде. Аналогичные процессы происходят при повышении температуры. Период полураспада озона в бидистиллированной воде составляет 10 часов, в деминерализованной воде — 80 минут; в дистиллированной воде — 120 минут. Известно, что разложение озона в воде является сложным процессом реакций радикальных цепей: Максимальное количество озона в водном образце наблюдается в течение 8-15 минут. Через 1 час в растворе отмечаются только свободные радикалы кислорода. Среди них важнейшим является гидроксильный радикал (ОН’) (Staehelin G., 1985), и это необходимо принимать во внимание при использовании озонированной воды в терапевтических целях. Поскольку в клинической практике находят применение озонированная вода и озонированный физиологический раствор, нами проведена оценка этих озонированных жидкостей в зависимости от концентраций, используемых в отечественной медицине. Основными методами анализа явились йодометрическое титрование и интенсивность хемилюминесценции с использованием прибора биохемилюминометра БХЛ-06 (производство Нижний Новгород) (Конторщикова К. Н., Перетягин С. П., Иванова И. П. 1995). Явление хемилюминесценции связано с реакциями рекомбинации свободных радикалов, образующихся при разложении озона в воде. При обработке 500 мл би- или дистиллированной воды барботированием озоно-кислородной газовой смесью с концентрацией озона в пределах 1000-1500 мкг/л и скоростью потока газа 1 л/мин в течение 20 минут хемилюминесценция выявляется в течение 160 минут. Причем в бидистиллированной воде интенсивность свечения существенно выше, чем в дистиллированной, что объясняется наличием примесей, гасящих свечение. Растворимость озона в растворах NaCl подчиняется закону Генри, т.е. уменьшается с увеличением концентрации солей. Физиологический раствор обрабатывали озоном с концентрацией 400, 800 и 1000 мкг/л в течение 15 минут. Общая интенсивность свечения (в mv) увеличивалась с ростом концентрации озона. Продолжительность свечения составляет 20 минут. Это объясняется более быстрой рекомбинацией свободных радикалов и отсюда гашением свечения за счет наличия в физиологическом растворе примесей. Несмотря на высокий окислительный потенциал, озон обладает высокой селективностью, которая обусловлена полярным строением молекулы. Мгновенно реагируют с озоном соединения, содержащие свободные двойные связи (-С=С-). В результате чувствительными к действию озона являются ненасыщенные жирные кислоты, ароматические аминокислоты и пептиды, прежде всего содержащие SH- группы. Согласно данным Криге (1953) (цит. По Vieban R. 1994), первичным продуктом взаимодействия молекулы озона с биоорганическими субстратами является 1-3 диполярная молекула. Эта реакция является основной при взаимодействии озона с органическими субстратами при рН < 7,4. Озонолиз проходит в доли секунды. В растворах скорость этой реакции равна 105 г/моль·с. В первом акте реакции образуется пи-комплекс олефинов с озоном. Он относительно стабилен при температуре 140 0 С и затем превращается в первичный озонид (молозонид) 1,2,3-триоксалан. Другое возможное направление реакции — образование эпоксидных соединений. Первичный озонид нестабилен и распадается с образованием карбоксильного соединения и карбонилоксида. В результате взаимодействия карбонилоксида с карбонильным соединением образуется биполярный ион, который затем превращается во вторичный озонид 1,2,3 — триоксалан. Последний при восстановлении распадается с образованием смеси 2-х карбонильных соединений, с дальнейшим образованием пероксида (I) и озонида (II). Озонирование ароматических соединений протекает с образованием полимерных озонидов. Присоединение озона нарушает ароматическое сопряжение в ядре и требует затрат энергии, поэтому скорость озонирования гомологов коррелирует с энергией сопряжения. Озонирование насушенных углеводородов связано с механизмом внедрения. Озонирование серо- и азотосодержащих органических соединений протекает следующим образом: Озониды обычно плохо растворимы в воде, но хорошо в органических растворителях. При нагревании, действии переходных металлов распадаются на радикалы. Количество озонидов в органическом соединении определяется йодным числом. Йодное число — масса йода в граммах, присоединяющееся к 100 г органического вещества. В норме для жирных кислот йодное число составляет 100-400, для твердых жиров 35-85, для жидких жиров — 150-200. Впервые озон, как антисептическое средство был опробован A. Wolff еще в 1915 во время первой мировой войны. Последующие годы постепенно накапливалась информация об успешном применении озона при лечении различных заболеваний. Однако длительное время использовались лишь методы озонотерапии, связанные с прямыми контактами озона с наружными поверхностями и различными полостями тела. Интерес к озонотерапии усиливался по мере накопления данных о биологическом действии озона на организм и появления сообщений из различных клиник мира об успешном использовании озона при лечении целого ряда заболеваний. История медицинского применения озона начинается с XIX века. Пионерами клинического применения озона были западные ученые Америки и Европы, в частности, C. J. Kenworthy, B. Lust, I. Aberhart, Е. Payer, E. A. Fisch, Н. Н. Wolff и другие. В России о лечебном применении озона было известно мало. Только в 60-70 годы в отечественной литературе появилось несколько работ по ингаляционной озонотерапии и по применению озона в лечении некоторых кожных заболеваний, а с 80-х годов в нашей стране этот метод стал интенсивно разрабатываться и получать более широкое распространение. Основы для фундаментальных разработок технологий озонотерапии были во многом определены работами Института химической физики АМН СССР. Книга «Озон и его реакции с органическими веществами» (С. Д. Разумовский, Г. Е. Зайков, Москва, 1974 г.) явилась отправной точкой для обоснования механизмов лечебного действия озона у многих разработчиков. В мире широко действует Международная озоновая ассоциация (IOA), которая провела 20 международных конгрессов, а с 1991 года в работе этих конгрессов принимают участие и наши врачи и ученые. Совершенно по-новому сегодня рассматриваются проблемы прикладного использования озона, а именно в медицине. В терапевтическом диапазоне концентраций и доз озон проявляет свойства мощного биорегулятора, средства, способного во многом усилить методы традиционной медицины, а зачастую выступать в качестве средства монотерапии. Применение медицинского озона представляет качественно новое решение актуальных проблем лечения многих заболеваний. Технологии озонотерапии используются в хирургии, акушерстве и гинекологии, стоматологии, неврологии, при терапевтической патологии, инфекционных болезнях, дерматологии и венерических болезнях и целом ряде других заболеваний. Для озонотерапии характерна простота исполнения, высокая эффективность, хорошая переносимость, практическое отсутствие побочных действий, она экономически выгодна. Лечебные свойства озона при заболеваниях различной этиологии основаны на его уникальной способности воздействовать на организм. Озон в терапевтических дозах действует как иммуномодулирующее, противовоспалительное, бактерицидное, противовирусное, фунгицидное, цитостатическое, антистрессовое и аналгезирующее средство. Его способность активно коррегировать нарушенный кислородный гомеостаз организма открывает большие перспективы для восстановительной медицины. Широкий спектр методических возможностей позволяет с большой эффективностью использовать лечебные свойства озона для местной и системной терапии. В последние десятилетия на передний план вышли методы, связанные с парентеральным (внутривенным, внутримышечным, внутрисуставным, подкожным) введением терапевтических доз озона, лечебный эффект которых связан, в основном, с активизацией различных систем жизнедеятельности организма. Кислородно-озоновая газовая смесь при высоких (4000 — 8000 мкг/л) концентрациях в ней озона в эффективна при обработке сильно инфицированных, плохо заживающих ран, гангрене, пролежней, ожогов, грибковых поражениях кожи и т.п. Озон в высоких концентрациях можно также использовать как кровоостанавливающее средство. Низкие концентрации озона стимулируют репарацию, способствуют эпителизации и заживлению. В лечении колитов, проктитов, свищей и ряда других заболеваний кишечника используют ректальное введение кислородно-озоновой газовой смеси. Озон, растворенный в физиологическом растворе, успешно применяют при перитоните для санации брюшной полости, а озонированную дистиллированную воду в челюстной хирургии и др. Для внутривенного введения используется озон, растворенный в физиологическом растворе или в крови больного. Пионерами Европейской школы было высказано постулирующее положение о том, что главной целью озонотерапии является: «Стимуляция и реактивация кислородного метаболизма без нарушения окислительно-восстановительных систем»,- это значит, что при расчете дозировок на сеанс или курс, озонотерапевтическое воздействие должно находиться в пределах, в которых ферментативно выравниваются радикальные кислородные метаболиты или избыточно полученный пероксид» (З. Риллинг, Р. Фибан 1996 в кн. Практика озонотерапии). В зарубежной медицинской практике для парентерального введения озона используются, в основном, большая и малая аутогемотерапии. При проведении большой аутогемотерапии, взятая у пациента кровь тщательно смешивается с определенным объемом кислородно-озоновой газовой смеси, и сразу же капельно вводится обратно в вену того же пациента. При малой аутогемотерапии озонированная кровь вводится внутримышечно. Терапевтическая доза озона в этом случае выдерживается за счет фиксированных объемов газа и концентрации озона в нем.

Научные достижения отечественных учёных стали регулярно докладываться на международных конгрессах и симпозиумах

• 1991 г. – Куба, Гавана,
• 1993 г. – США Сан-Франциско,
• 1995 г. – ФранцияЛилль,
• 1997 г. – Япония, Киото,
• 1998 г. – Австрия, Зальцбург,
• 1999г. – Германия,Баден-Баден,
• 2001 г. – Англия, Лондон,
• 2005 г. – Франция,Страсбург,
• 2009 г. – Япония, Киото,
• 2010 г. — Испания, Мадрид
• 2011 г.Турция(Стамбул),Франция (Париж),Мексика(Канкун)
• 2012г. – Испания, Мадрид

Научными центрами разработок озонотерапии в России стали клиники городов Москвы и Нижнего Новгорода. Очень скоро к ним присоединились учёные из Воронежа, Смоленска, Кирова, Новгорода, Екатеринбурга, Саранска, Волгограда, Ижевска и других городов. Распространению технологий озонотерапии безусловно способствовало регулярное проведение Всероссийских научно-практических конференций с международным участием, организуемых по инициативе Ассоциации российских озонотерапевтов с 1992 года в г. Н. Новгород, собирающие специалистов со всех уголков страны.

Всероссийские научно-практические конференции с Международным участием по озонотерапии

I – «ОЗОН В БИОЛОГИИ И МЕДИЦИНЕ» – 1992 г ., Н.Новгород II – «ОЗОН В БИОЛОГИИ И МЕДИЦИНЕ» – 1995 г ., Н.Новгород III – «ОЗОН И МЕТОДЫ ЭФФЕРЕНТНОЙ ТЕРАПИИ» – 1998 г ., Н.Новгород IV – «ОЗОН И МЕТОДЫ ЭФФЕРЕНТНОЙ ТЕРАПИИ» – 2000 г ., Н.Новгород V – «ОЗОН В БИОЛОГИИ И МЕДИЦИНЕ» – 2003 г ., Н.Новгород VI – «ОЗОН В БИОЛОГИИ И МЕДИЦИНЕ» – 2005 г ., Н.Новгород «I Конференция по озонотерапии Азиатско-Европейского союза озонотерапевтов и производителей медоборудования»– 2006 г ., Большое Болдино, Нижегородская область VII – «ОЗОН В БИОЛОГИИ И МЕДИЦИНЕ» – 2007 г ., Н.Новгород У111 – «Озон, активные формы кислорода и методы интенсивной терапии в медицине» — 2009, г.Н.Новгород К 2000 г. Российская школа озонотерапии окончательно сформировала свой, отличающийся от Европейского, подход к применению озона как лечебного средства. Главные отличия — широкое использование физиологического раствора в качестве носителя озона, применение значительно более низких концентраций и доз озона, разработанные технологии экстракорпоральной обработки больших объёмов крови (озонированное искусственное кровообращение), индивидуальный выбор доз и концентраций озона при системной озонотерапии. В стремлении большинства российских врачей использовать наименьшие из эффективных концентраций озона нашел отражение основной принцип медицины — «не навреди». Безопасность и эффективность Российских методик озонотерапии многократно обоснована и доказана применительно к различным областям медицины. В результате многолетних фундаментально-клинических исследований нижегородскими учёными была «Установлена неизвестная закономерность формирования адаптационных механизмов организма млекопитающих при системном воздействии низкими терапевтическими дозами озона, заключающаяся в том, что пусковым механизмом является влияние озона на про- и антиоксидантный баланс организма и обусловленная умеренной интенсификацией свободно-радикальных реакций, что, в свою очередь, увеличивает активность ферментативного и неферментативного звеньев антиоксидантной системы защиты» (Конторщикова К. Н., Перетягин С. П.), на которую авторы получили открытие (Диплом № 309 от 16 мая 2006 г.). В работах отечественных учёных нашли развитие новые технологии и аспекты использования озона с лечебными целями:

• Широкое использование в качестве носителя растворенного озона физиологического раствора (0,9% раствор NaCl)
• Применение сравнительно малых концентраций и доз озона при системном воздействии (внутрисосудистое и внутрикишечное введение)
• Внутрикостные вливания озонированных растворов
• Внутрикоронарное введение озонированных кардиоплегических растворов
• Тотальная экстракорпоральная обработка озоном больших объемов крови при искусственном кровообращении
• Низкопоточная озонокислородная терапия
• Внутрипортальное введение озонированных растворов
• Применение озона на театре военных действий
• Сопровождение системной озонотерапии методами биохимического контроля

В 2005-2007 гг. впервые в мировой практике в России озонотерапия получила официальный статус на государственном уровне в виде утверждения МЗ и социального развития РФ новых медицинских технологий использования озона в дерматологии и косметологии, акушерстве и гинекологии, травматологии. В настоящее время в нашей стране ведутся активные работы по распространению и внедрению метода озонотерапии. Анализ Российского и Европейского опыта озонотерапии позволяет сделать важные выводы :

1. Озонотерапия — немедикаментозный метод лечебного воздействия, позволяющий получать положительные результаты при патологии различного генеза.
2. Биологическое действие парентерально введенного озона проявляется на уровне низких концентраций и доз, что сопровождается клинически выраженными позитивными лечебными эффектами, имеющими четко выраженную дозозависимость.
3. Опыт Российской и Европейской школ озонотерапии свидетельствует о том, что использование озона в качестве лечебного средства значительно повышает эффективность лекарственной терапии, позволяет в ряде случаев заменить или уменьшить фармакологическую нагрузку на пациента. На фоне озонотерапии восстанавливаются собственные кислородзависимые реакции и процессы больного организма.
4. Технические возможности современных медицинских озонаторов, обладающих возможностями сверхточной дозировки, позволяют применять озон в диапазоне низких терапевтических концентраций аналогично общепринятым фармакологическим средствам.

7. От чего зависит необходимое время обработки воды?

Способность озона растворяться в воде зависит от температуры

воды и площади контакта газов с водой.

Чем холоднее вода и меньше размер рассекателя,

тем меньше озона будет растворено. Чем выше температура воды,

тем быстрее озон распадается до кислорода и теряется при испарении.

В зависимости от степени загрязнения воды

необходимы большие или меньшие концентрации озона.

8. Необходима ли дополнительная фильтрация

воды после озонирования?

Если вода содержала большое количество

комплексных соединений, то в результате обработки

озоном в ней выпадают различные осадки.

Такую воду необходимо дополнительно фильтровать.

Для этой фильтрации можно использовать самые простые и

дешевые фильтры.

При этом ресурс их работы будет значительно продлен.

9. Следует ли бояться длительного времени

обработки воды озоном?

Обработка воды избыточным количеством озона

не влечет за собой пагубных последствий.

Газ быстро превращается в кислород,

что только улучшает качество воды.

10. Каков показатель кислотности воды,

прошедшей озонирование?

Вода имеет слабощелочную реакцию PH = 7,5 - 9,0.

11. На сколько увеличивается содержание

кислорода в воде после озонирования?

Содержание кислорода в воде увеличивается в 14 - 15 раз.

12. Как быстро распадается озон в воздухе, в воде?

В воздухе через 10 мин. концентрация озона уменьшается

на половину, образуя кислород и воду.

В холодной воде через 15-20 мин. озон распадается

на половину, образуя гидроксильную группу и воду.

13. Почему полезно пить насыщенную кислородом воду?

Усиливает потребление глюкозы тканями и органами

Увеличивает насыщаемость кислородом плазмы крови

Уменьшает степень кислородного голодания

Улучшает микроциркуляцию крови.

Оказывает положительное действие

На метаболизм печени и почек.

Поддерживает работу сердечной мышцы.

Уменьшает частоту дыхания и

Увеличивает дыхательный объем.

14. Как долго надо озонировать воду?

Чем насыщеннее примесями вода,

тем дольше время обработки.

Так, например, озонирование 3л водопроводной воды

занимает 10 - 15 мин.

Такой же объем воды, взятой из водоема,

в зависимости от сезона года и уровня загрязнения

должен проводиться в три-четыре раза дольше.

15. В чем лучше озонировать воду в миске или банке?

Посуду лучше выбирать стеклянную с сужающимся

горлом (банку) для создания большей концентрации

озона в ограниченном объеме.

16. Когда лучше обрабатывать воду для чая,

до или после кипячения?

Для заваривания чая воду не рекомендуется

доводить до кипения.

Лучшая t = 85-90°С.

Обработку воды проводить до нагревания.

17. Можно ли озонировать минеральную воду?

В такой воде сохраняются все минералы,

она становится безопасной и насыщенной кислородом.

Понравилась ли вам статья?

• Унылая пора, очей очарованье… Осень как мне прекрасная твоя прощальная краса
• На земле существует четыре разных вида человека Появление человека современного типа: время и место возникновения человека
• Стихотворение А.А. Ахматовой «Не с теми я, кто бросил землю…» (восприятие, толкование, оценка). Анна Андреевна Ахматова. «Не с теми я, кто бросил землю… Не с теми я кто бросил землю на растерзание врагам
• Конъюнктивные формы представления логических функций
• Полупроводниковые резисторы
• Масса квазара. Квазар - это что такое? Тяготение создает линзы
• История журналистики Xxvi съезд кпсс состоялся в
• Правильное летоисчисление на Руси
• Научные труды Джеймс Максвелл
• Олег митяев Олег митяев биография кратко о главном

• Жить без еды высшая ступень развития
• Коллективизация в ссср: причины, сущность, ход и последствия Сущность и итоги коллективизации
• Процесс социализации человека, его периоды, стадии
• Эпигенетика: что управляет нашим генетическим кодом?
• Что такое митоз и какой в профазе митоза происходит процесс?
• Химия всё что нужно знать для ОГЭ
• Форма японской поэзии. Японские стихи. Как правильно писать в японском стиле. В качестве обязательного элемента текста используется киго, "сезонное слово" - повествование ведется в настоящем времени
• К чему может привести глобальное загрязнение окружающей среды Последствия загрязнений
• Феодор студит. Формы общения с ересью
• Святая мученица наталия Акафист святой наталье