Ozone khử trùng nước uống và xử lý nước thải

Ozone là một phân tử bao gồm ba nguyên tử oxy. Nó hình thành khi oxy trong không khí tiếp xúc với sự phóng điện của dòng điện mạnh trong không khí. Trong tự nhiên, ozone hình thành trong bầu khí quyển thông qua phóng điện corona của sét. Dễ dàng nhận thấy mùi sau những cơn giông bão và cũng không thể phủ nhận độ trong lành sau những cơn mưa lớn. Điều này xảy ra là bởi ozone có cấu trúc không bền, nó nhanh chóng phân rã và tái tạo nên oxy tinh khiết, làm cho không gian trở nên thoáng mát hơn. Ozone là một chất oxy hóa mạnh mẽ và hiện đang là một trong những chất khử trùng mạnh nhất có sẵn trong xử lý nước. 

Ozone khử trùng nước uống

Ozone có hiệu quả hơn đáng kể so với Clo trong việc khử hoạt tính, tiêu diệt virus, vi khuẩn và u nang (ví dụ, Cryptosporidium và Giardia). Đây là giải pháp được sử dụng rộng rãi ở Châu Âu trong nhiều năm bởi hiệu quả kinh tế lâu dài và độ an toàn khi nó không tồn tại lâu trong nước. Trong khi đó, các chất khử trùng khác như clo tự do, clo dioxide hoặc chloramines được biết đến là giải pháp có chi phí đầu tư ban đầu thấp hơn nhưng để duy trì hệ thống lại vô cùng tốn kém.

Ozone nhanh chóng làm bất hoạt hoặc tiêu diệt hầu hết các vi khuẩn, u nang và virus nhưng không để lại dư lượng lâu dài. Là chất khử trùng được lựa chọn cho hầu hết các cơ sở sản xuất nước đóng chai.

Ozone xử lý nước thải

Vì ozone nhanh chóng chuyển đổi thành oxy và không để lại dư lượng độc hại, nên nó có lợi hơn so với clo rất nhiều trong xử lý nước trước khi xả thải. Kể từ khi ozone phân rã trở lại thành oxy, nước thải sẽ cung cấp ít nhu cầu oxy sinh học (BOD) trên dòng tiếp nhận hơn. Hiệu quả của ozone nhờ đặc tính oxy hóa, là phương pháp được lựa chọn để loại bỏ màu, hóa chất hữu cơ và các chất gây ô nhiễm 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, thuốc diệt cỏ và thuốc trừ sâu độc hại có thể được giảm xuống thành các thành phần thân thiện với môi trường hơn; các hợp chất hữu cơ không phân hủy sinh học có thể được giảm xuống các phần nhỏ hơn phân hủy sinh học; protein và carbohydrate có thể bị ly giải ở các nguyên tử liên kết đôi và phá hủy các thành phần quan trọng của các sinh vật có trong nước,…

Ozone có thể được kết hợp với các quá trình oxy hóa khác, chẳng hạn như chiếu xạ tia cực tím, hydro peroxide (một chất oxy hóa mạnh khác) và các chất xúc tác để tăng tốc quá trình oxy hóa này. Sự kết hợp các bước oxy hóa này được gọi là các quá trình oxy hóa nâng cao hoặc AOP.

Vậy ozone được tạo ra như thế nào?

Ozone là một phân tử không ổn định với chu kỳ bán rã tương đối ngắn, không cần lưu trữ hoặc vận chuyển, 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 ozone là khí oxy hóa lỏng hoặc không khí được điều chế thương mại trong khí quyển. Sử dụng khí oxy tinh khiết dẫn đến hiệu quả tạo ozone cao hơn nhưng nó làm tăng chi phí sản xuất. Sử dụng không khí làm nguồn oxy đòi hỏi không khí phải được nén, làm sạch và sấy khô (hút ẩm). Nén không khí phục vụ cho việc tăng nồng độ oxy. Việc loại bỏ các hạt lạ như bụi bẩn được thực hiện thông qua việc sử dụng các bộ lọc. Việc hút ẩm được thực hiện bằng cách hạ thấp điểm sương bằng cách làm lạnh.

Khí khô sạch được đưa qua một buồng trong đó sự phóng điện liên tục từ dòng điện cao thế phân tán các electron vào không khí. Các electron chuyển đổi các phân tử oxy thành các phân tử ozone và các 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 cho ozone đặc tính oxy hóa. Khí chứa các gốc ozone và hydroxyl được đưa vào nước. Ozone không hòa tan trong nước và thường được hòa tan bằng cách sử dụng hệ thống trộn, làm vỡ khí thành các bong bóng rất nhỏ được phép tiếp xúc với nước trong một khoảng thời gian dài.

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 hoặc bằng cách điều chỉnh lưu lượng khí. Nồng độ ozone được tạo ra bởi một máy phát ozone thường được biểu thị bằng pound, gram hoặc kilogam mỗi ngày. Độ hòa tan ozone trong nước giảm nhanh khi nhiệt độ tăng, vậy nên sản lượng ozone có thể dao động theo mùa, tùy thuộc vào nhiệt độ nước cấp.