О технологиях интенсивного окисления

При использовании технологии интенсивного окисления деструкция органических соединений происходит в результате цепных реакций окисления, активированных гидроксильными радикалами (ОН-радикалами) – в зарубежной литературе эти процессы называются Advanced Oxidation Processes - АОР.

Цепные реакции запускаются при взаимодействии органических молекул со следующими радикалами:

• свободные гидроксильные радикалы (ОН-радикалы)

• радикалы перекиси водорода (НОО*)

• радикал супероксида (*ОО^-),

При взаимодействии с органической молекулой гидроксильный радикал либо отрывает от нее атом водорода, либо разрывает двойную связь атомов углерода и присоединяется к молекуле. В обоих случаях молекула сама становится радикалом и начинает реагировать с кислородом, который ранее мог быть по отношению к ней практически нейтральным .

Процесс носит цепной характер и происходит со скоростями в большинстве случаев обусловленными диффузией молекул в воде. Обеспечив эффективную генерацию радикалов и при отсутствии их тушения на примесях и стенках водяного тракта, цепные реакции окисления могут приводить к полному окислению и деструкции молекул (минерализации).

Дополнительным механизмом деструкции органики может также являться фотодиссоциация органических молекул непосредственно под воздействием мощного ультрафиолета - при использовании ультрафиолетовых АОР-реакторов.

Методы генерации ОН радикалов

Гидроксильные радикалы могут быть получены с использованием различных физико-химических процессов:

• фотолиз молекул воды под воздействием ультрафиолетового излучения вакуумного спектрального диапазона с длиной волны 172 нм и 185 нм VUV/H₂O

• фотолиз пероксида водорода ультрафиолетом UV/ H₂O₂

• реакция озона с пероксидом водорода O₃/ H₂O₂

• фотолиз молекул озона в поле ультрафиолетового излучения O₃/UV

• каталитические и фото-каталитические методы САТ/H₂O₂, САТ/UV

• электрохимические процессы генерации радикалов

Окисление органических соединений

Активация реакций окисления органических молекул M происходит в результате взаимодействия с ОН-радикалами:

М+ОН*--> M(OX) (1)

Реакция (1) описывается законом кинетики второго порядка, когда скорость процесса окисления пропорциональна концентрации компонентов реакции:

d[M]/dt = -k(OH,M)x[M]x[OH]

k(OH*,M)  – константа скорости реакции (дм3/мол/с); 
[М] – концентрация окисляемой молекулы; 
[ОН*] – концентрация ОН-радикалов.  

В АОР-технологии не важно, каким методом в воде генерируются ОН-радикалы, важно наличие кислорода в воде и отсутствие механизмов тушения радикалов.

Основные свойства окислительных процессов, показывающие возможности и определяющие эффективность АОР-технологии:

• углеводороды со средней и большой молекулярной массой быстро реагирует с ОН-радикалами - константа скорости реакции - 10⁹ - 10¹⁰;

• ненасыщенные и ароматические углеводороды реагируют с ОН-радикалами быстрее насыщенных;

• скорости реакций для большинства углеводородов контролируются диффузией k(diff) - 7x10⁹;

• ионные формы легких органических кислот (муравьиная, уксусная, щавелевая) реагируют быстрее неионных форм;

• сульфаты, фосфаты и нитраты реагируют с ОН-радикалами крайне медленно.

Скорости процессов интенсивного окисления (АОР) в миллионы раз выше скорости окисления озоном. Кроме того, большое количество углеводородов, которые не поддаются окислению озоном, легко активируются ОН-радикалами и могут быть окислены, что позволяет удалять их из воды при использовании АОР-технологии.

Компания располагает базой данных, в которую входит более 700 органических соединений, в том числе чрезвычайно стойких, разрушаемых с помощью технологии XENOZONE АОT (Advanced Oxidation Technologies).

Ограничения метода

Главным эффектом, снижающим эффективность АОР-технологии и ограничивающим применимость метода, является тушение гидроксильных радикалов. Причинами тушения ОН-радикалов являются:

• Реакции с карбонатами СО₃^2- и НСО₃^-
• Реакции с цианидами, хлоридами, бромидами и иодидами