Ứng dụng công nghệ ozone trong khử trùng nước thải

1. Khái niệm khử trùng:

Khử trùng là cơ chế vô hiệu hóa hoặc phá hủy các sinh vật gây bệnh để ngăn chặn sự lây lan của các bệnh lây truyền qua đường nước cho người sử dụng và môi trường. Điều quan trọng là nước thải phải được xử lý đầy đủ trước khi khử trùng để qua trình khử trùng đạt hiệu quả cao nhất.

2. Ozone và cơ chế khử trùng bằng ozone:

2.1 Ozone là gì

Ôzôn được tạo ra khi ôxy (O2) phân tử bị phân ly bởi một nguồn năng lượng thành các nguyên tử oxy và sau đó va chạm với một phân tử oxy để tạo thành một khí không ổn định đó là ozon (O3), được sử dụng để khử trùng nước thải. Xử lý nước thải hầu hết nhà máy tạo ra ôzôn bằng cách đặt một điện áp cao bởi dòng điện xoay chiều (6 đến 20 kilovolt) qua một khe hở phóng điện môi có chứa khí mang ôxy. Ozone được tạo ra tại chỗ bởi vì nó không ổn định và phân hủy thành nguyên tố oxy trong một khoảng thời gian ngắn.

2.2 Các cơ chế khử trùng bằng ozone bao gồm:

– Quá trình oxy hóa phá hủy trực tiếp thành tế bào – Phản ứng với các sản phẩm phụ gốc của ozone dẫn đến sự phân hủy. – Loại bỏ các thành phần của nucleic axit (purin và pyrimidin)

Khi ozone phân hủy trong nước, các gốc tự do hydro peroxy (HO2) và hydroxyl (OH) được hình thành có khả năng oxy hóa lớn và đóng vai trò vai trò tích cực trong quá trình khử trùng. Nói chung vi khuẩn bị tiêu diệt vì quá trình oxy hóa nguyên sinh chất dẫn đến thành tế bào sự tan rã (ly giải tế bào).

Hiệu quả của việc khử trùng phụ thuộc vào tính chất của các sinh vật gây hại, thời gian tiếp xúc và nồng độ của ôzôn.

Không khí hoặc oxy tinh khiết được sử dụng làm nguồn khí cấp và được chuyển đến máy tạo ozone ở một lưu lượng định và tỷ lệ nhất định. Khí ozone được tạo ra bằng cách phóng điện trong một chất khí có chứa oxy.

Phương pháp phóng điện là phổ biến nhất tạo ra nguồn năng lượng dùng để sản xuất ozone. Không khí khô hoặc oxy tinh khiết được tiếp xúc với điện áp cao đồng đều ở mức cao hoặc thấp tần số tạo nên dòng khí chứa khoảng 0,5 đến 3,0% ozon về sản lượng, trong khi nếu sử dụng oxy tinh khiết sẽ hình thành xấp xỉ hai đến bốn lần nồng độ đó. Sau khi tạo ra ozone được đưa vào một dòng chảy xuống bồn tiếp xúc chứa nước thải được khử trùng với mục đích là trộn ozone vào trong nguồn nước cần xử lý trong một khoảng thời gian tiếp xúc cho khử trùng đã được tính toán trước đó, đồng thời Khí thải từ hoát ra từ bồn tiếp xúc phải được xử lý để loại bỏ ozone tồn dư trong không khí.

Trong xử lý nươc thải để đạt hiệu quả cao nhất phải rất quan trọng đến liều lượng trộn và thời gian tiếp xúc. Ozone đạt được khả năng hòa tan tối đa phị thuộc vào nhiệt độ, áp suất riêng phần của khí ozone trong nước hoặc phụ thuộc vào nguồn cấp không khí đầu vào của máy ozone.

3 ứng dụng của ozone trong xử lý nước thải

Ngoài việc khử trùng trong xử lý nước thải ozone còn được sử dụng để kiểm soát mùi. Khử trùng bằng ozone là phương pháp ít được sử dụng nhất trong Hoa Kỳ mặc dù công nghệ này đã được được chấp nhận ở Châu Âu trong nhiều thập kỷ. Xử lý ozone có khả năng đạt được mức độ khử trùng cao hơn hơn clo hoặc UV, tuy nhiên chi phí đầu tư cũng như chi phí bảo trì không cạnh tranh với các lựa chọn thay thế có sẵn. Do đó ozone chỉ được sử dụng một cách tiết kiệm, chủ yếu trong những trường hợp mà các giải pháp thay thế không hiệu quả.

• Ưu điểm:

+ Ozone có hiệu quả hơn clo trong tiêu diệt vi rút và vi khuẩn. + Quá trình ozon hóa diễn ra trong thời gian ngắn thời gian (khoảng 10 đến 30 phút) + Không để lại tồn dư có hại sau quá trình ozon hóa vì ozone phân hủy nhanh chóng + Sau quá trình ozon hóa, vi sinh vật bị loại bỏ hoàn toàn + Sử dụng ozone rất an toàn, tiết kiệm chi phí vận hành + Ozon hóa làm tăng lượng oxy hòa tan (DO) trong nước thải đầu ra giúp cải thiện chất lượng nước khi tái sử dụng.

• Nhược điểm:

+ Liều lượng thấp có thể không làm vô hiệu hoá một số vi rút, bào tử và u nang.
+ Ozon hóa là một công nghệ phức tạp hơn hơn so với khử trùng bằng clo hoặc tia cực tím, yêu cầu thiết bị phức tạp.
+ Ozone rất dễ phản ứng và ăn mòn, do đó yêu cầu vật liệu chống ăn mòn như như thép không gỉ.
+ Ozon hóa kém hiệu quả đối với nước thải có hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS) cao, nhu cầu oxy sinh hóa (BOD), nhu cầu oxy hóa học, hoặc tổng lượng hữu cơ carbon.
+ Hàm lượng ozone lớn có mùi rất khó chịu và ảnh hưởng đến sức khoẻ con người, vì vậy khí ozone tồn dư trong phản ứng với nước thải phải được tiêu hủy để ngăn chặn sự phơi nhiễm đối với công nhân.
+ Chi phí đầu tư ban đầu để có thể sử dụng ozone tương đối cao.

4 Vận hành & bảo dưỡng

– Quá trình tạo ozone sử dụng một lượng đáng kể năng lượng điện. Vì vậy, thường xuyên phải chú trọng lượng điện cung cấp cho hệ thống để đảm bảo máy ozone hoạt động một cách ổn định giúp tối ưu hóa cho hiệu suất khử trùng được kiểm soát

– Không được có kết nối rò rỉ trong hoặc xung quanh máy tạo ozone. Người điều hành phải thường xuyên giám sát các đơn vị con để đảm bảo rằng chúng không bị quá nóng. Do đó, người vận hành phải kiểm tra thường xuyên, vì một rò rỉ rất nhỏ có thể gây ra sự phát tán của khí ozone ảnh hưởng tới môi trường xung quanh. Các thiết bị giám sát ozone phải được thử nghiệm và được hiệu chuẩn theo khuyến nghị của thiết bị nhà chế tạo

Giống như oxy, ozone có độ hòa tan hạn chế và phân hủy trong nước nhanh hơn trong không khí. Điều này đồng nghĩa với khả năng phản ứng của ozone, yêu cầu bộ tiếp xúc ozone được che phủ tốt và ozone khuếch tán vào nước thải hiệu quả cao nhất.

Ozone ở thể khí sẽ nổ khi nó chạm tới nồng độ 240 g/m3. Vì hầu hết ozon hóa của hệ thống không bao giờ vượt quá ozone dạng khí nồng độ từ 50 đến 200 g/m3, điều này nói chung không phải vấn đề. Tuy nhiên, ozon ở thể khí sẽ vẫn nguy hiểm trong một khoảng thời gian đáng kể do đó, cần hết sức thận trọng khi vận hành hệ thống khí ozone. Điều quan trọng là máy tạo ozone, phân phối, tiếp xúc và ozone đường ống đầu vào của máy phân hủy ozone được thanh lọc trước khi mở các hệ thống hoặc hệ thống con khác nhau. Khi máy ozone hoạt động, nhân viên phải kiểm tra khả năng cung cấp oxy ổn định cho hệ thống. Các nhà điều hành nên biết tất cả các trường hợp khẩn cấp quy trình vận hành cần thiết nếu sự cố xảy ra. Tất cả các thiết bị an toàn cần có sẵn để người vận hành có thể sử dụng trong trường hợp khẩn cấp.