Khoa học & Công nghệ
Xu hướng và chiến lược ứng dụng ozone trong bảo vệ môi trường
Các ứng dụng ozone là một trong những nỗ lực cộng đồng và các nhà khoa học trong những năm gần đây nhằm phát triển các quy trình “xanh” và công nghệ xử lý nước thải, khí thải công nghiệp.
Dân số thế giới ngày càng gia tăng cùng với nhu cầu phát triển công nghiệp tăng đã dẫn đến tình trạng bảo vệ môi trường trở thành vấn đề quan trọng và là yếu tố cốt yếu của một số quá trình sản xuất công nghiệp, nhằm đáp ứng yêu cầu phát triển bền vững của xã hội hiện đại.
Luật môi trường ở các quốc gia áp dụng Công nghệ xanh để kết hợp các hoạt động công nghiệp với bảo tồn môi trường (phát triển bền vững).
Chiến lược thân thiện giảm thiểu tác động đến môi trường bằng việc sử dụng hoặc tạo ra các chất hóa học lành tính với môi trường, ngăn ngừa ô nhiễm. Trong đó là tiềm năng ứng dụng ozone để kiểm soát và khắc phục ô nhiễm là một giải pháp hiệu quả và tin cậy.
ỨNG DỤNG OZONE XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP CÓ CHỨA CÁC CHẤT Ô NHIỄM KHÓ KIỀM CHẾ
Ô nhiễm nguồn nước đang là một vấn đề lớn của xã hội hiện đại. Do đó, quá trình tái chế nước là một nhu cầu ngày càng tăng đối với nhiều ngành công nghiệp phải đối mặt với chi phí nước ngày càng tăng và các hạn chế về môi trường. Một số hoạt động hoàn thiện công nghiệp, chẳng hạn như sản xuất bảng mạch in, quá trình tẩy trắng bột gỗ… tạo ra một lượng lớn nước rửa bị nhiễm một số hợp chất vô cơ và hữu cơ khác nhau.
Một cách tiếp cận khá sáng tạo để kiểm soát ô nhiễm trong nước thải được cung cấp bởi một quy trình tích hợp, trong đó hiệu quả của việc kết hợp các phương pháp xử lý sinh học và hóa lý được thiết kế đặc biệt. Một ví dụ điển hình của quy trình tích hợp là sự kết hợp của quá trình oxy hóa hóa học với xử lý bùn hoạt tính, trong đó quy trình trước đây được sử dụng để cung cấp sự chuyển hóa các chất ô nhiễm khó phân hủy thành các chất trung gian dễ phân hủy sinh học hơn, do đó tránh được chi phí cao của quá trình khoáng hóa tổng thể.
Quá trình oxy hóa hóa học được coi là một công nghệ hoàn chỉnh để phân hủy một số chất hữu cơ nhằm đáp ứng các quy định về độc tính cũng như giảm tổng lượng carbon hữu cơ (TOC), do đó bao gồm một trong số ít các quy trình có thể tiêu diệt các chất hữu cơ độc hại và độc hại tại chỗ. Quá trình oxy hóa hóa học có lợi hơn so với các công nghệ xử lý hiện có khác.
Quy trình oxy hóa nâng cao, AOP
Các quy trình ôxy hóa bao gồm việc sử dụng gốc hydroxyl, HO • – E º = 2,80 V, làm chất ôxy hóa chín (AOP) . AOP là một công nghệ thay thế đầy hứa hẹn trong việc kiểm soát ô nhiễm đối với một số loại nước thải bị ô nhiễm khác nhau và hiệu suất của các hệ thống AOP kết hợp khác nhau, chẳng hạn như, O 3 / H 2 O 2 , UV / H 2 O 2 , Fe 2+ / H 2 O 2 (thuốc thử Fenton), UV / O 3 , UV / TiO 2 (xúc tác quang không đồng nhất), v.v.,.
Trong trường hợp đặc biệt của AOP liên quan đến ứng dụng ozone ( ví dụ O 3 / H 2 O 2 ; O 3 / UV), phải đảm bảo rằng O 2 không bị cạn kiệt trong quá trình phản ứng, vì HO • 2 / O Các gốc 2 • – được giải phóng trong các phản ứng tạo gốc peroxyl khác nhau tạo ra các gốc HO · do phản ứng nhanh của O 2 • – với O 3 .
Hệ thống O 3 / H 2 O 2 là một trong những hệ thống thực tế nhất vì nó chỉ liên quan đến việc bổ sung hydro peroxit vào một dung dịch ozon hóa. Ngoài việc sử dụng các lò phản ứng nối tiếp, việc bổ sung hydrogen peroxide hoặc ozone có thể được điều chỉnh theo các bước tăng dần tùy thuộc vào nồng độ của các chất ô nhiễm còn lại cũng như các sản phẩm oxy hóa.
Theo quy luật, hiệu quả của AOP phụ thuộc vào bản chất hóa học của nước thải đầu ra được xử lý, chẳng hạn như, độ pH, độ đục, nhu cầu oxy hóa học (COD) và sự hiện diện của chất khử gốc.
CÔNG NGHỆ OZONE: XU HƯỚNG VÀ CHIẾN LƯỢC
Chi phí liên quan đến sản xuất ozone đã giảm 50% trong thập kỷ qua. Các ứng dụng tiềm năng sử dụng công nghệ ozone luôn tồn tại đặc biệt là trong xử lý nước, khử trùng bề mặt, tẩy trắng bột gỗ, chế biến vật liệu, xử lý nước thải dệt nhuộm và xử lý nước tinh khiết … Bên cạnh đó, điều đáng đặc biệt lưu tâm là ứng dụng ozone, không giống như clo, không để lại dư lượng có hại như haloforms sau phản ứng. Một khi ozone xâm nhập vào nước, nó trở nên không ổn định và bị phân hủy nhanh chóng thành oxy.
Theo cơ chế này, các ion hydroxit (HO – ) bắt đầu một chuỗi phản ứng khi ozone xâm nhập vào nước. Phản ứng dây chuyền được duy trì bằng cách hình thành HO 2 • qua bước 2, sau đó có thể bắt đầu các phản ứng tiếp theo. Gốc hydroxyl (HO • ) là thành phần quan trọng nhất được hình thành trong quá trình phân hủy ozon. Do đó, ozone có thể phản ứng trong môi trường nước trực tiếp với các chất nền, chẳng hạn như ozone phân tử, hoặc gián tiếp, thông qua các chất trung gian gốc được hình thành trong quá trình phân hủy ozone trong môi trường nước. Do đó, tùy thuộc vào hoạt động của ozon trong môi trường nước, độ chọn lọc của quá trình ozon hóa có thể cao (phản ứng trực tiếp) hoặc thấp (phản ứng gián tiếp)
Vì gốc HO không có tính chọn lọc và có khả năng oxy hóa rất cao, do đó đây là chất oxy hóa hiệu quả hơn nhiều so với bản thân ozone.
ỨNG DỤNG OZONE TRONG XỬ LÝ NƯỚC
Thí nghiệm đầu tiên về khử trùng nước bằng phương pháp ozon hóa được De Meritens thực hiện vào năm 1886. Từ đó, người ta đã quan tâm nhiều đến việc sử dụng ozone như một giải pháp thay thế khả thi cho clo trong khử trùng nước để loại bỏ sự hình thành các chất độc hại do chẳng hạn như trihalomethanes và các hợp chất clo hữu cơ.
Theo Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA), ozone là chất khử trùng mạnh nhất hiện có.
XỬ LÝ NƯỚC THẢI BỊ Ô NHIỄM NẶNG
Một số ứng dụng cho ozone hóa và AOP liên quan trong xử lý nước thải. Ví dụ sử dụng ozone để phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước thải sản xuất giấy và bột giấy, chế biến dầu, sản xuất thuốc trừ sâu, sản xuất thuốc nhuộm, dệt nhuộm và sản xuất dược phẩm…
Nước thải dệt nhuộm là một trong những loại nước thải rất khó xử lý vì chúng khác nhau về thành phần và chứa một số hợp chất khó xử lý. Dựa trên kiểm kê chất thải độc hại của EPA, hàng năm có khoảng 2200 tấn bốn loại thuốc nhuộm độc hại được thải vào các công trình xử lý thuộc sở hữu công cộng.
Nước thải nhà máy bột giấy và giấy – Một lượng rất lớn các hợp chất ô nhiễm có màu (200 đến 300 kg tấn bột giấy), chủ yếu là chlorolignin, được tạo ra trong quá trình tẩy trắng thông thường đối với bột giấy kraft gỗ mềm . Hầu hết các hợp chất này có khối lượng mol phân tử cao (> 1 kDa) và có khả năng chống phân hủy sinh học thông thường, do đó đòi hỏi phải có một công nghệ thay thế để xử lý nước thải. Phát triển công nghệ mới để xử lý nước thải của các nhà máy giấy và bột giấy là một vấn đề rất quan trọng do nhu cầu cấp thiết để đáp ứng các quy định pháp luật về môi trường hiện hành. Do đó, cần phải đặc biệt chú ý đến cái gọi là “Công nghệ hoàn toàn không chứa clo”, bao gồm việc sử dụng các quá trình oxy hóa thay thế để thay thế ClO 2 nhằm cung cấp phương pháp xử lý nước thải tốt hơn, an toàn hơn.
Ozone là một công nghệ hiện tại chứng tỏ khả năng của nó như một hóa chất hiệu quả và kinh tế được sử dụng trong xử lý nước thải tiên tiến trong ngành công nghiệp giấy và bột giấy.
Trên thực tế, việc sử dụng phương pháp xử lý nước thải tiên tiến trong ngành công nghiệp giấy và bột giấy bao gồm sự kết hợp của ozone với các lò phản ứng màng sinh học cố định là một trong những quy trình xử lý nước thải cấp ba hiệu quả nhất để loại bỏ tối đa COD, màu và AOX (Halogens hữu cơ có thể hấp thụ) với liều lượng ozone tối thiểu.
Phát triển và tối ưu hóa các công nghệ thay thế để kiểm soát ô nhiễm trong các môi trường ô nhiễm khác nhau là một vấn đề quan trọng trong xã hội hiện đại. Trong bối cảnh này, ozone là một chất oxy hóa mạnh, có thể được coi là chất thay thế hiệu quả cho chorine và các dẫn xuất của nó trong nhiều ứng dụng.