Xử lý nước bằng ôzôn trong ngành nước & nước thải

Ozone được hình thành tự nhiên trong khí quyển dưới dạng khí không màu, có mùi rất hắc. Về mặt hóa học, ozon là dạng oxy ba nguyên tử, dị hướng, có ký hiệu hóa học là O3 và trọng lượng phân tử là 38. Ở nhiệt độ và áp suất khí quyển tiêu chuẩn, nó là một chất khí không ổn định bị phân hủy thành oxy phân tử.
Chất oxy hóa rất mạnh này, với thế oxy hóa khử là 2,07, có nhiều ứng dụng thương mại và công nghiệp. Nó được sử dụng phổ biến trong xử lý nước uống được và không uống được, và như một chất oxy hóa công nghiệp. Khả năng oxy hóa đáng kể của ozone và các sản phẩm phụ oxy phân tử của nó khiến nó trở thành lựa chọn hàng đầu cho quá trình oxy hóa hoặc khử trùng.
Năm 1785, Van Marum nhận thấy rằng không khí gần máy tĩnh điện của ông có mùi đặc trưng khi có tia lửa điện chạy qua. Năm 1801, Cruickshank quan sát thấy mùi tương tự ở cực dương trong quá trình điện phân nước. Năm 1840, Shonbein đặt tên cho chất tạo ra mùi này là “ozôn” từ tiếng Hy Lạp “ozein” – để ngửi. Vào năm 1857, Siemens đã thiết kế một máy tạo ozone mà từ đó đã phát triển cho đến ngày nay, loại điện môi hình trụ tạo nên hầu hết các máy tạo ozone thương mại đang được sử dụng và đôi khi được gọi là máy tạo ozone “Loại Siemens”.


Nhà máy nước uống đầu tiên bắt đầu hoạt động tại Nice, Pháp vào năm 1906. Vì Nice đã sử dụng ozone kể từ thời điểm đó, nên nó thường được coi là nơi sinh ra quá trình ozon hóa để xử lý nước uống.
Kể từ đó, ozone nhanh chóng được công chúng chấp nhận ở Hoa Kỳ, với sự ra đời của thiết bị tạo ozone hiện đại. Công nghệ mới này giúp tạo ra nồng độ ozone đáng kể cho nhiều ứng dụng. Gần đây, ozone đã được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) cấp trạng thái GRAS (thường được công nhận là an toàn).

Ưu điểm của Ozone

• Ozone có thể được tạo ra tại chỗ;
• Ozone là một trong những chất oxy hóa hoạt động mạnh nhất, sẵn có;
• Ozone phân hủy nhanh chóng thành oxy, không để lại dấu vết;
• Các phản ứng không tạo ra các hợp chất halogenua độc hại;
• Ozone hoạt động nhanh hơn và hoàn toàn hơn so với các chất khử trùng thông thường khác;
• Ozone phản ứng nhanh chóng và hiệu quả trên tất cả các chủng vi rút.
Ozone hoạt động bằng cách oxy hóa trực tiếp hoặc gián tiếp, bằng cách ozonolysis, và bằng xúc tác. Ba con đường hành động chính xảy ra như sau:
1) Các phản ứng oxy hóa trực tiếp của ozon, do tác dụng của một nguyên tử oxy, là các phản ứng bậc nhất điển hình, có thế oxy hóa khử cao.
2) Trong các phản ứng oxi hóa gián tiếp ozon, phân tử ozon bị phân hủy tạo thành các gốc tự do (OH) có phản ứng oxi hóa nhanh các hợp chất hữu cơ và vô cơ.
3) Ôzôn cũng có thể hoạt động bằng cách ozon phân, bằng cách cố định phân tử hoàn chỉnh trên các nguyên tử liên kết đôi, tạo ra hai phân tử đơn giản có các tính chất và đặc điểm phân tử khác nhau.

Ozone được sản xuất thương mại

Một lượng lớn ôzôn được sản xuất thương mại trong một máy tạo ôzôn hiện đại, giống như cách mà ôzôn được hình thành tự nhiên do phóng điện trong một cơn giông. sẽ dẫn đến sự phân hủy oxy phân tử thành oxy nguyên tử. Do đó, một số nguyên tử ôxy đã giải phóng sự biến đổi thành ôzôn, trong khi những nguyên tử khác tái kết hợp để tạo thành ôxy. Để kiểm soát sự phóng điện và duy trì “hào quang” hoặc phóng điện im lặng trong không gian khí, một không gian điện môi hoặc khe hở phóng điện được hình thành, sử dụng vật liệu điện môi như thủy tinh hoặc gốm.

Ứng dụng máy ozone trong xử lý nước

Một điện cực nối đất, được cấu tạo thường bằng thép không gỉ 316L (một vật liệu đã chứng tỏ khả năng chống ăn mòn do ôzôn gây ra cao trong pha khí) đóng vai trò là ranh giới khác của khe hở phóng điện. Điều này có thể được thực hiện theo nhiều cách, nhưng dạng hình học được sử dụng thường xuyên nhất là của máy phát ozone điện môi hình trụ (hoặc loại Siemens). Chất điện môi hình trụ tiết kiệm không gian hơn các hình dạng khác và do đó kinh tế hơn khi sản xuất.
Ozone được sản xuất thương mại cho các phản ứng oxy hóa luôn được tạo ra dưới dạng khí, từ không khí ở nồng độ từ 1,0 đến 2,0% trọng lượng, hoặc từ oxy ở nồng độ lớn hơn 2% và lên đến 8% (hoặc lớn hơn) theo trọng lượng. Vì ozone có tính phản ứng cao và có thời gian bán hủy ngắn, nên nó không thể được lưu trữ dưới dạng khí và vận chuyển. Do đó, ozone luôn được tạo ra tại chỗ để sử dụng ngay lập tức.
Khi ozone được sử dụng như một loại khí để xử lý nước uống, nó được thực hiện chủ yếu vì độ bền oxy hóa của nó. Khả năng oxy hóa mạnh mẽ này cho phép ozone có hiệu quả trong việc khử hoặc loại bỏ màu sắc, dư vị và mùi. Quan trọng hơn, ozone sẽ tiêu diệt hiệu quả vi khuẩn và vi rút không hoạt động nhanh hơn bất kỳ hóa chất khử trùng nào khác.
Ozone cũng sẽ oxy hóa các kim loại nặng. Sắt và mangan có thể được giảm xuống mức rất thấp, an toàn trong các nguồn cung cấp nước thông qua quá trình oxy hóa ozone. Quá trình tương tự này được sử dụng để giải phóng các kim loại nặng liên kết hữu cơ, những kim loại nặng này không dễ loại bỏ.
Khi được áp dụng đúng cách khi bắt đầu quy trình xử lý nước, ozone sẽ không dẫn đến sự hình thành các hợp chất halogen hóa như Trihalomethanes (THMs), được hình thành khi clo được thêm vào nước thô có chứa nguyên liệu humic. Một khi THM được hình thành, rất khó, nếu không muốn nói là không thể bị oxy hóa – ngay cả với ozone. Do đó, ozone có thể được sử dụng như một chất oxy hóa, nơi nó được áp dụng ở các giai đoạn xử lý nước sau này.

Máy ozone công nghiệp sản sinh ozone tại chỗ và sử dụng ngay khi ozone được tạo thành

Có hơn 2.000 cơ sở lắp đặt trên toàn thế giới sử dụng ozone để xử lý nước uống. Ozone là một chất khử trùng hiệu quả để xử lý nước thải đô thị và công nghiệp, cho phép người sử dụng cuối đáp ứng các tiêu chuẩn tiền xử lý EPA. Ozone có hiệu quả trong việc xử lý nhiều hóa chất độc hại phức tạp. Nhưng đối với một số hợp chất, có thể phải kết hợp xử lý ozone với tia cực tím hoặc siêu âm để tăng thời gian phản ứng. Lượng ozone cần thiết để xử lý một hợp chất hóa học cụ thể và thời gian tiếp xúc cần thiết, sẽ khác nhau.
Xử lý nước thải bằng ozone, một lần nữa chủ yếu để khử trùng, là trọng tâm chính được áp dụng ở Hoa Kỳ trong cuối những năm 1970 và đầu những năm 1980. Cách tiếp cận này một lần nữa được coi là một biện pháp để tránh sử dụng clo làm chất khử trùng chính.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *