1、 Giới thiệu về Ozone

Ozone, với công thức hóa học O3, còn được gọi là oxy ba nguyên tử hoặc siêu oxit, được đặt tên theo mùi tanh của nó và có thể tự khử thành oxy ở nhiệt độ phòng. Trọng lượng riêng cao hơn oxy, dễ tan trong nước và dễ bị phân hủy. Do ozone được tạo thành từ các phân tử oxy mang theo một nguyên tử oxy, nên nó chỉ ở trạng thái tạm thời. Các nguyên tử oxy mang theo được sử dụng hết bởi quá trình oxy hóa và các nguyên tử còn lại kết hợp để tạo thành oxy và đi vào trạng thái ổn định. Do đó, ozone không gây ô nhiễm thứ cấp.

Tốc độ phân hủy của ozon trong dung dịch nước nhanh hơn tốc độ phân hủy của nó trong pha khí. Chu kỳ bán rã của sự phân hủy ozon trong nước liên quan đến nhiệt độ và độ pH. Khi nhiệt độ tăng, tốc độ phân hủy tăng tốc. Khi nhiệt độ vượt quá 100 ℃, sự phân hủy trở nên nghiêm trọng; Khi nhiệt độ đạt 270 ℃, nó có thể ngay lập tức chuyển đổi thành oxy. Giá trị pH càng cao, sự phân hủy càng nhanh. Phân hủy trong không khí ở nhiệt độ và áp suất bình thường, với chu kỳ bán rã khoảng 15-30 phút.

2、 Ứng dụng của Ozone trong xử lý nước

Xử lý nước thải bằng phương pháp oxy hóa ozone sử dụng không khí hoặc oxy có chứa nồng độ ozone thấp. Các cơ sở xử lý chính bao gồm máy tạo ozone và thiết bị tiếp xúc không khí-nước. Phương pháp oxy hóa ozone chủ yếu được sử dụng để khử trùng nước, loại bỏ các chất ô nhiễm như xyanua trong nước, khử màu nước, loại bỏ các ion kim loại như sắt và mangan trong nước, và loại bỏ mùi hôi và mùi khó chịu.

1. Khử trùng nước:

Ozone là thuốc diệt nấm phổ rộng và tác dụng nhanh, có tác dụng tiêu diệt tốt hơn nhiều loại vi khuẩn gây bệnh, cũng như các bào tử kháng thuốc, vi-rút, v.v. so với clo. Sau khi khử trùng bằng ozone, các tính chất vật lý và hóa học của nước, chẳng hạn như độ đục và màu sắc, đã được cải thiện đáng kể. Nhu cầu oxy hóa hóa học (COD) nói chung có thể giảm 50-70%. Xử lý oxy hóa bằng ozone cũng có thể loại bỏ các chất gây ung thư như benzo (a) pyrene.

2. Loại bỏ các chất gây ô nhiễm như phenol và xyanua ra khỏi nước:

Lượng ozone thực tế và tốc độ phản ứng cần thiết để xử lý nước thải chứa phenol và xyanua bằng phương pháp ozone liên quan đến lượng chất ô nhiễm như sunfua trong nước và giá trị pH của nước, vì vậy cần phải tiến hành xử lý sơ bộ cần thiết. Để oxy hóa phenol trong nước thành carbon dioxide và nước, yêu cầu lý thuyết đối với ozone là 7,14 lần hàm lượng phenol. Sử dụng ozone để oxy hóa xyanua, bước đầu tiên là oxy hóa xyanua thành xyanat hơi độc và lượng ozone cần thiết về mặt lý thuyết là 1,84 lần hàm lượng xyanua; Bước thứ hai là oxy hóa xyanat thành carbon dioxide và nitơ và yêu cầu lý thuyết đối với ozone là 4,61 lần hàm lượng xyanua. Phương pháp oxy hóa ozone thường được sử dụng kết hợp với phương pháp bùn hoạt tính. Phương pháp bùn hoạt tính trước tiên được sử dụng để loại bỏ hầu hết các chất ô nhiễm như phenol và xyanua, sau đó sử dụng phương pháp oxy hóa ozone để xử lý. Ngoài ra, ozone còn có thể phân hủy các chất ô nhiễm như natri alkylbenzenesulfonat (ABS), protein, axit amin, amin hữu cơ, lignin, mùn, hợp chất vòng dị vòng và hợp chất chuỗi không bão hòa trong nước thải.

3. Khử màu nước:

Nước thải in và nhuộm có thể được khử màu bằng phương pháp oxy hóa ozon. Loại nước thải này thường chứa các hợp chất tạo màu như diazo, azo hoặc các hợp chất vòng có vòng benzen. Quá trình oxy hóa ozon có thể phá vỡ các liên kết hóa trị hai của các hợp chất tạo màu thuốc nhuộm và phá hủy các hợp chất vòng như benzen, naphthalene và anthracene tạo nên các hợp chất tạo màu, do đó khử màu nước thải. Ozon có tốc độ khử màu nhanh và có hiệu quả tốt đối với thuốc nhuộm ưa nước, nhưng tốc độ khử màu chậm và có hiệu quả kém đối với thuốc nhuộm kỵ nước. Nước thải chứa thuốc nhuộm ưa nước có thể đạt hiệu quả khử màu trên 95% bằng cách xử lý bằng ozon 20-50 mg/L trong 10-30 phút.

4. Loại bỏ các ion kim loại như sắt và mangan ra khỏi nước:

Các ion kim loại như sắt và mangan có thể được tách ra khỏi nước bằng quá trình oxy hóa ozon để tạo thành oxit kim loại. Về mặt lý thuyết, lượng ozon tiêu thụ gấp 0,43 lần so với ion sắt và gấp 0,87 lần so với ion mangan.

5. Khử mùi hôi, mùi khó chịu:

Mùi hôi và mùi hôi thối trong nước mặt và nước tái chế công nghiệp được tạo ra bởi các sản phẩm phân hủy của vi khuẩn xạ khuẩn, nấm mốc và tảo, cũng như các chất gây ô nhiễm như rượu, phenol và benzen. Ozone có thể oxy hóa và phân hủy các chất gây ô nhiễm này, loại bỏ mùi hôi và mùi khó chịu. Trong khi đó, ozone có thể được sử dụng để khử mùi trong các nhà máy xử lý nước thải, nhà máy xử lý bùn và rác thải.

6. Cải thiện B/C nước thải

Đối với một số loại nước thải có chứa hợp chất hữu cơ phức tạp khó phân hủy sinh học, tính chất oxy hóa của ozon có thể phân hủy hợp chất hữu cơ phức tạp thành hợp chất hữu cơ đơn giản có khả năng phân hủy sinh học nhất định, sau đó tiến hành xử lý sinh hóa. Thường được sử dụng để xử lý sơ bộ một số loại nước thải hóa học.

3、 Giới thiệu về máy tạo Ozone

Máy tạo ozone là thiết bị dùng để tạo ra khí ozone (O3). Ozone dễ bị phân hủy và không thể lưu trữ, do đó cần phải sản xuất và sử dụng tại chỗ (trong trường hợp đặc biệt có thể lưu trữ ngắn hạn). Do đó, bất kỳ nơi nào có thể sử dụng ozone đều phải sử dụng máy tạo ozone.

Theo cách tạo ra ozone, hiện nay có ba loại máy tạo ozone chính: phóng điện cao áp, chiếu tia cực tím và điện phân.

Loại xả điện áp cao được chia thành loại ống và loại tấm theo cấu trúc của buồng xả máy tạo ozone, đây cũng là những loại máy tạo ozone thông dụng.

4、 Lựa chọn thiết bị Ozone

1. Xác định liều lượng ozone cho C0D khó phân hủy

Tính toán dựa trên kinh nghiệm sử dụng liều lượng COD: ozone=1:4

2. Ví dụ:

Một loại nước thải in và nhuộm nhất định tạo ra 20m ³/h, với chỉ số COD là 300mg/L được xử lý thành 100mg/L

(1) Dùng liều lượng 1:3

(2) Giảm giá trị tuyệt đối COD xuống 300-100=200mg/L

(3) Đơn vị ôzôn cần thiết = 200 * 3 = 600mg/L = 600g/m ³

(4) Tổng lượng ozon cần thiết mỗi giờ là 600g/m ³ * 20m ³ = 12kg

(5) Tỷ lệ sử dụng ozone là 90%, sản lượng ozone cần thiết mỗi giờ = 12kg/0,9 = 13,3kg

(6) Hệ số an toàn là 1,2 và lượng ozone cần thiết lựa chọn mỗi giờ là 13,3 * 1,2 = 16kg/h

Trên đây là một số liều lượng kinh nghiệm của dự án. Do quy trình sản xuất khác nhau và chất lượng nước thải khác nhau, để tránh tổn thất kinh tế hoặc quy trình xử lý không đạt kết quả lý tưởng, tốt nhất nên xác nhận liều lượng ozone thông qua thử nghiệm quy mô nhỏ khi lựa chọn thiết bị ozone.

Công thức tính toán để lựa chọn mức ozone:

Xác định liều lượng ozone dựa trên chất lượng nước thải và quy trình xử lý, xác định lượng ozone sử dụng dựa trên liều lượng ozone và lượng nước xử lý hàng giờ, và lựa chọn số lượng và kiểu máy tạo ozone dựa trên lượng ozone sử dụng hàng giờ. Công thức tính toán như sau:

G=q*g

Trong công thức: G - lượng ozone sử dụng trong một giờ, g/h

Q - công suất xử lý nước thải tối đa mỗi giờ, m³/h

G - Liều lượng ozone, g/m ³ nước thải

5、 Thiết kế lò phản ứng tiếp xúc Ozone

Lò phản ứng tiếp xúc xử lý ozone là thiết bị cung cấp khả năng hòa tan ozone trong nước và đảm bảo thời gian phản ứng của ozone. Do đó, lò phản ứng tiếp xúc ozone phải có hai chức năng sau: cho phép ozone có tốc độ hòa tan cao hơn (tốc độ hấp thụ ozone cao hơn) và tốc độ phản ứng cao hơn (tốc độ loại bỏ chất ô nhiễm cao hơn).

Yêu cầu thiết kế cho bể tiếp xúc ozone:

(1) Bể tiếp xúc được cấu tạo từ hai đến ba khoang tiếp xúc được kết nối nối tiếp, ngăn cách bằng các vách ngăn thẳng đứng;

(2) Mỗi ​​buồng tiếp xúc bao gồm một vùng phân phối khí và một vùng phản ứng tiếp theo, được ngăn cách bởi một vách ngăn dẫn hướng thẳng đứng;

(3) Khí ôzôn phải khuếch tán trực tiếp vào nước thông qua đĩa sục khí vi xốp nằm ở đáy khu vực phân phối khí và số điểm phun khí phải phù hợp với số lượng các phần trong buồng tiếp xúc;

(4) Bố trí đĩa sục khí phải đảm bảo phân phối khí đồng đều trong quá trình thay đổi phân phối khí, trong đó phân phối khí ở đoạn đầu chiếm khoảng 50% tổng phân phối khí;

(5) Độ sâu nước thiết kế của bể tiếp xúc phải là 5,5-6m và tỷ lệ độ sâu so với chiều dài của khu vực phân phối khí phải lớn hơn 4;

(6) Khoảng cách thông thủy giữa các vách ngăn phân luồng không được nhỏ hơn 0,8m;

(7) Thiết bị theo dõi lượng ôzôn còn lại phải được lắp đặt ở đầu ra của bình tiếp xúc.