Tổng quan về Ozon hóa

Ozone hóa (còn được gọi là ozon hóa) là một kỹ thuật xử lý nước hóa học dựa trên sự truyền ozone vào nước. Ozone là một chất khí bao gồm ba nguyên tử oxy (O3), là một trong những chất oxy hóa mạnh nhất. Ozone hóa là một loại quá trình oxy hóa tiên tiến, liên quan đến việc sản xuất các loại oxy rất phản ứng có thể tấn công một loạt các hợp chất hữu cơ và tất cả các vi sinh vật. Xử lý nước bằng ozone có nhiều ứng dụng, vì nó có hiệu quả để khử trùng cũng như phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ và vô cơ. Ôzôn được tạo ra với việc sử dụng năng lượng bằng cách đưa ôxy (O2) vào điện áp cao hoặc bức xạ UV. Lượng ozone cần thiết có thể được sản xuất tại điểm sử dụng nhưng quá trình sản xuất đòi hỏi nhiều năng lượng và do đó tốn kém.

Ưu điểm

• Phản ứng nhanh chóng với vi khuẩn, vi rút và động vật nguyên sinh trên phạm vi pH rộng
• Đặc tính diệt khuẩn mạnh hơn khử trùng bằng clo
• Không có hóa chất được thêm vào nước
• Cũng hiệu quả đối với sự phân hủy chất hữu cơ và loại bỏ chất vô tổ chức
• Loại bỏ màu, vị và mùi

Nhược điểm

• Chi phí thiết bị tương đối cao
• Yêu cầu một lượng lớn năng lượng
• Các chuyên gia có trình độ chuyên môn cần thiết để thiết kế và bảo trì hệ thống
• Hình thành các sản phẩm phụ khử trùng có khả năng gây hại (DBP) trong trường hợp tồn tại brome trong nước
• Không có hiệu ứng dư trong hệ thống phân phối
• Nguy cơ hỏa hoạn tiềm ẩn và độc tính liên quan đến việc tạo ra ôzôn

Giới thiệu

Ozone (O₃) đã được sử dụng trong xử lý nước kể từ cuối thể kỷ 19. Ngày nay nó được ứng dụng để khử trùng nước uống, để loại bỏ nước thải từ các nhà máy xử lý nước thải trong một quá trình gọi là ozon hóa (hoặc ozo hóa) cũng như để phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ và vô cơ trong nước thải.

Khử trùng bằng ozone

Ozone là một chất khử trùng tuyệt vời và thậm chí có thể được sử dụng để vô hiệu hóa các vi sinh vật như động vật nguyên sinh, chúng rất kháng các chất khử trùng thông thường. Tuy nhiên, ozon là một chất khí không ổn định, chuyển hóa thành oxy do đó không có tác dụng khử trùng còn lại với quá trình ozon hóa.

Sự phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ bằng ôzôn

Ozone hóa một phương pháp xử lý hiệu quả để giảm lượng vi chất ô nhiễm thải ra trong hệ thống thủy sinh bởi các nhà máy xử lý nước thải. Mặc dù không có sản phẩm phụ nào còn sót lại do chính ozone tạo ra, một số lo ngại được đặt ra liên quan đến các sản phẩm phụ của quá trình oxy hóa khi nước có chứa cả chất hữu cơ và ion, chẳng hạn như bromua, iotua và ion clo, được xử lý bằng phương pháp ozon hóa. Một hệ thống ozon hóa điển hình bao gồm một máy tạo ozone và một lò phản ứng, nơi ozone được tạo bọt vào nước cần xử lý.

Tác dụng của ôzôn

Hiệu quả của ôzôn là kết quả của tác dụng ôxy hóa mạnh mẽ của nó đối với các hóa chất và vi sinh vật do tạo ra các loại ôxy phản ứng trong quá trình biến đổi ôzôn thành ôxy. Ozone tấn công trực tiếp bề mặt của vi sinh vật và phá hủy thành tế bào của chúng. Do đó, các tế bào sẽ lỏng lẻo tế bào chất của chúng và không còn có thể tự hoạt động trở lại. Ozone có thể tạo ra sự phân hủy oxy hóa của nhiều chất hữu cơ và để lại nhiều hợp chất dễ phân hủy sinh học hơn. Bên cạnh đó, ozon có thể oxy hóa các ion kim loại như Fe (II), Mn (II) hoặc As (III) tạo ra các oxit rắn không hòa tan có thể dễ dàng tách ra khỏi nước bằng cách lọc hoặc lắng.

Sản xuất ôzôn

Do chu kỳ bán rã tương đối ngắn, ozone được tạo ra tại chỗ bằng máy tạo ozone. Các cách thông thường để tạo ra ôzôn là chiếu tia cực tím và phóng điện hào quang. Tạo ozone bằng cách phóng điện hào quang là phổ biến nhất hiện nay và có nhiều ưu điểm như tuổi thọ của thiết bị lâu hơn, sản xuất ozone cao hơn và hiệu quả chi phí cao hơn. Sản xuất bằng tia UV là một lựa chọn mà chỉ cần một lượng nhỏ ozone. Các máy tạo ozone khác có sẵn liên quan đến điện phân nước và sử dụng màng lọc. Với phương pháp này, ozone được hòa tan trong nước ngay khi nó được hình thành, dẫn đến quá trình ozon hóa sử dụng thiết bị tối thiểu.

Các khía cạnh kỹ thuật liên quan đến khử trùng

Mặc dù ozone là chất khử trùng hiệu quả nhất nói chung và hiệu quả hơn clo trong việc khử hoạt các tác nhân vi rút, nhưng có những nhược điểm đáng kể đối với việc sử dụng nó. Ozone không cung cấp khả năng bảo vệ còn lại chống lại sự tái nhiễm trong quá trình phân phối và vì ozone ảnh hưởng đến sự ổn định sinh học, nó có thể khuyến khích sự tái phát triển của vi khuẩn. Tuy nhiên, trước những lo ngại về việc sử dụng clo ở nhiều quốc gia vì sự hình thành các sản phẩm phụ khử trùng độc hại (DBP), việc sử dụng ozone ngày càng được nghiên cứu nhiều hơn và việc thiếu sót có thể được xử lý bằng cách sử dụng ozon hóa tăng cường thường xuyên trong quá trình phân phối.

Chi phí đầu tư

Giá thành của hệ thống khử trùng bằng ozone phụ thuộc vào nhà sản xuất, địa điểm, công suất của nhà máy và đặc tính của nước thải cần khử trùng. Chi phí ozone hóa nói chung cao so với các kỹ thuật khử trùng khác (EPA 1999). Để loại bỏ các chất vi lượng trong nước thải, chi phí vận hành bổ sung cho quá trình ozon hóa kết hợp với lọc cát là khoảng 3-4 xu Thụy Sĩ / m ³.

Vận hành và bảo trì

Tạo ozone sử dụng một lượng điện năng đáng kể. Do đó, phải liên tục chú ý đến hệ thống để đảm bảo rằng nguồn điện luôn sẵn sàng. Hơn nữa, ozone không được thoát ra khỏi hệ thống và các kết nối trong hoặc xung quanh máy tạo ozone không được rò rỉ. Người vận hành phải thường xuyên theo dõi các đơn vị con thích hợp để đảm bảo rằng chúng không bị quá nóng. Do đó, người vận hành phải kiểm tra rò rỉ thường xuyên vì một rò rỉ rất nhỏ có thể gây ra nồng độ ôzôn xung quanh không thể chấp nhận được.

Khía cạnh sức khỏe

Có những mối quan tâm đáng kể về sức khỏe và an toàn đối với các nhà khai thác liên quan đến việc sản xuất và ứng dụng ozone. Tuy nhiên, người ta còn biết ít hơn về quá trình ozon hóa và ảnh hưởng của ozon đối với sức khỏe con người (WHO 2009). Cũng có những lo ngại về sự hình thành sản phẩm phụ trong quá trình khử trùng nước uống có chứa ion bromua (VON GUNTEN 2003).

Khả năng áp dụng

Ozone hóa đã được áp dụng thành công để khử trùng nước và có thể tiêu diệt hầu hết các vi khuẩn vi rút và động vật nguyên sinh. Tuy nhiên, không có tác dụng khử trùng còn lại và quá trình ozon hóa đắt hơn quá trình khử trùng bằng clo. Ozone hóa là một quá trình thích hợp để phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ (ví dụ để loại bỏ các chất vi lượng và xử lý trước nước rỉ bãi chôn lấp) và oxy hóa các ion kim loại (ví dụ sắt mangan).

Thiết kế và thi công cần đội ngũ nhân viên lành nghề và trang thiết bị công nghệ cao. Cần phải có những máy phát điện phức tạp tiêu thụ lượng điện lớn để tạo ra ozone. Mặc dù chi phí vận hành và bảo trì tương đối thấp, việc giám sát chính xác và điều chỉnh liều lượng ozone là cần thiết để đảm bảo hiệu quả của quá trình xử lý.