Ozone bắt đầu được ứng dụng trong xử lý nước thải từ những 1800. Cho đến nay, loại chất có tính oxy hoá khử mạnh này được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như xử lý nước thải công nghiệp, xử lý nước sinh hoạt, xử lý nước sản xuất, …
Ozone là một dạng oxy (O2) với công thức phân tử O3. Nó hình thành khi oxy trong không khí tiếp xúc với sự phóng điện của một dòng điện mạnh. Trong tự nhiên, nó hình thành ở tầng trên của bầu khí quyển khi tia sét đi qua không khí. Mùi hăng thường liên quan đến cơn giông bão, sự xuất hiện của ozone khiến không khí trở nên trong lành hơn. Ozone không bền vững và nhanh chóng chuyển thành O2 ngay sau khi hình thành. Nó là một chất oxy hóa mạnh và là một trong những chất khử trùng mạnh nhất hiện có trong xử lý nước.
Khử trùng nước uống
Mặc dù ozon có hiệu quả khử trùng nước cao hơn đáng kể so với clo trong việc khử hoạt tính và / hoặc tiêu diệt vi rút, vi khuẩn và u nang (ví dụ, Cryptosporidium và Giardia) và đã được sử dụng rộng rãi ở Châu Âu trong nhiều năm để xử lý nước uống thành phố, nhưng nó vẫn chưa được chấp nhận tại Mỹ. Các lý do bao gồm chi phí cao hơn và thực tế là nó không tồn tại lâu trong nước. Các cơ quan quản lý Hoa Kỳ đã chỉ định các chất khử trùng ít tốn kém hơn như clo tự do, clo điôxít hoặc cloramin với dư lượng dư thừa có khả năng tiếp tục giết chết các sinh vật trong toàn bộ hệ thống phân phối.
Xử lý nước thải bằng ôzôn
Vì ôzôn nhanh chóng chuyển đổi thành oxy và không để lại dư lượng độc hại, nó có thể có lợi hơn so với clo để xử lý nước thải trước khi xả ra ngoài môi trường. Vì ozone hòa tan chuyển hóa thành oxy, nước thải đầu ra sẽ tạo ra ít nhu cầu oxy sinh học (BOD) hơn trên dòng tiếp nhận. Hiệu quả của Ozone như một chất oxy hóa thường làm cho nó trở thành phương pháp được lựa chọn để loại bỏ màu, hóa chất hữu cơ và các chất gây ô nhiễm gây mùi trong nước thải. Trong nhiều trường hợp, tùy thuộc vào thời gian tiếp xúc và nồng độ ozone, nó có thể oxy hóa các chất gây ô nhiễm này thành nước và carbon dioxide.
Ví dụ, các chất diệt cỏ và thuốc trừ sâu độc hại có thể được giảm thành các thành phần thân thiện với môi trường hơn; các hợp chất hữu cơ không phân hủy sinh học có thể được giảm thành các phần nhỏ hơn có thể phân hủy sinh học; protein và cacbohydrat có thể bị ly giải ở các cacbon liên kết đôi để làm hỏng và phá hủy các thành phần quan trọng của sinh vật có trong nước.
Ozone có thể được kết hợp với các quá trình oxy hóa khác, chẳng hạn như chiếu tia cực tím, hydrogen peroxide (một chất oxy hóa mạnh khác) và các chất xúc tác độc quyền để tăng tốc quá trình oxy hóa này. Sự kết hợp của các bước oxy hóa này được gọi là Quy trình oxy hóa nâng cao hoặc AOP.
Ozone được tạo ra như thế nào?
Ozone là một phân tử không ổn định cao với thời gian bán hủy tương đối ngắn, ngăn cản nó được lưu trữ hoặc vận chuyển, do đó đòi hỏi nó phải được tạo ra tại chỗ. Nó có thể được tạo ra từ bất kỳ nguồn khí nào có chứa các phân tử oxy. Các nguồn phổ biến nhất để tạo ra ôzôn là ôxy nén hóa lỏng được điều chế thương mại trong khí quyển. Sử dụng khí oxy tinh khiết mang lại hiệu quả tạo ozone cao hơn nhưng lại làm tăng chi phí sản xuất. Sử dụng không khí làm nguồn ôxy yêu cầu không khí phải được nén và làm sạch và làm khô (tức là hút ẩm). Sự nén của không khí làm tăng nồng độ oxy. Việc loại bỏ các hạt như bụi bẩn được thực hiện thông qua việc sử dụng các bộ lọc. Quá trình hút ẩm được thực hiện bằng cách hạ thấp điểm sương bằng cách làm lạnh.
Ozone được tạo ra từ 3 nguyên tử oxy
Khí khô sạch được đưa qua một buồng có phóng điện liên tục (phóng điện hồ quang) từ dòng điện cao thế làm phân tán các electron vào không khí. Các electron chuyển đổi phân tử oxy thành phân tử ozon và nguyên tử oxy. Các nguyên tử oxy không ổn định cao liên kết với các nguyên tử hydro trong không khí để tạo thành các gốc hydroxyl.
Chính các gốc hydroxyl này tạo ra đặc tính oxy hóa của ozone. Khí, hiện có chứa các gốc ozon và hydroxyl, được đưa vào nước. Ozone không hòa tan nhiều trong nước và thường được hòa tan bằng sự tiếp xúc với không khí / nước dưới sự nhiễu loạn rất cao hoặc bộ khuếch tán làm vỡ khí thành các bong bóng rất nhỏ được phép tiếp xúc với nước trong thời gian dài khoảng thời gian.
Cách sắp xếp thứ hai có thể sử dụng đá sục khí lớn (có chất tương tự như đá được sử dụng trong một bể cá nhỏ) để làm bong bóng hỗn hợp ozone / không khí thành một cột nước rất cao trong bể (“bể tiếp xúc”). Nước ngọt được đưa vào điểm trên cùng của bể tiếp xúc và nước được ozon hóa chảy ra dưới đáy của bể. Trong mọi trường hợp, nồng độ ôzôn truyền vào nước phụ thuộc vào lượng ôzôn có trong không khí sau khi nó đi qua bộ tạo ôzôn, diện tích bề mặt ở giao diện khí-nước (ví dụ: bề mặt bong bóng) và thời gian tiếp xúc giữa khí và nước.
Thông thường, lưu lượng nước được giữ không đổi và lượng ozone trong hệ thống được điều chỉnh bằng cách điều chỉnh điện áp của dòng điện tạo ra phóng điện trong máy phát điện hoặc bằng cách điều chỉnh lưu lượng của khí. Nồng độ ôzôn được tạo ra bởi máy phát điện thường được biểu thị bằng pound, gam hoặc kilôgam mỗi ngày. Bởi vì khả năng hòa tan của ozone trong nước giảm nhanh chóng khi nhiệt độ tăng, phạm vi theo mùa trong nhiệt độ nước cấp là một thông số thiết kế quan trọng.
Ozone có gây hại cho con người không?
Là một chất oxy hóa mạnh, ozone có hại đối với tất cả các sinh vật sống. Nó là một chất gây kích ứng đường hô hấp trên nghiêm trọng ở nồng độ rất thấp và giới hạn tại nơi làm việc đã được OSHA thiết lập ở Hoa Kỳ. Sự suy giảm ôzôn có thể được tăng tốc bằng cách bổ sung hydrogen peroxide hoặc đưa hệ thống qua hệ thống phá hủy ôzôn bằng tia cực tím. Than hoạt tính cũng có thể có hiệu quả trong việc xúc tác phá hủy ozone trong không khí hoặc nước. Ngoài ra, thời gian tiếp xúc với nước hoặc nước thải cũng có thể được kéo dài để cho phép phá hủy thêm.
