Tổng quan về xử lý nước bằng ozone

Ozone được hình thành tự nhiên trong khí quyển dưới dạng khí không màu có mùi rất hăng. Về mặt hóa học, ozone là dạng oxy ba chiều, đẳng hướng có ký hiệu hóa học O3 và trọng lượng phân tử 38. Dưới nhiệt độ và áp suất khí quyển tiêu chuẩn, nó là một loại khí không ổn định phân hủy thành oxy phân tử.

Chất oxy hóa rất mạnh này, với tiềm năng oxy hóa khử là 2.07, có nhiều ứng dụng thương mại và công nghiệp. Nó được sử dụng phổ biến trong xử lý nước thải và được xem là một chất oxy hóa công nghiệp. Khả năng oxy hóa đáng kể của ozone và các sản phẩm phụ oxy phân tử của nó làm cho nó trở thành lựa chọn đầu tiên cho quá trình oxy hóa hoặc khử trùng.

Năm 1785, Van Marum nhận thấy rằng không khí gần máy tĩnh điện của mình có mùi đặc trưng khi tia lửa điện được truyền qua. Năm 1801, Cruickshank đã quan sát thấy mùi tương tự ở cực dương trong quá trình điện phân nước. Năm 1840, Shonbein đã đặt tên cho chất này, tạo ra mùi này, "ozone" từ tiếng Hy Lạp "ozein". Vào năm 1857, Siemens đã thiết kế một máy phát điện ozone phát triển cho đến ngày nay, loại điện môi hình trụ tạo nên hầu hết các máy phát điện ozone có bán trên thị trường và được gọi là máy tạo ozone.

Nhà máy sản xuất nước uống đầu tiên bắt đầu hoạt động ở Pháp vào năm 1906. Kể từ đó, ozone nhanh chóng được công chúng chấp nhận ở Hoa Kỳ. Với sự ra đời của thiết bị tạo ozone hiện đại tạo ra nồng độ ozone đáng kể phục vụ cho vô số ứng dụng. Gần đây, ozone đã được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) công nhận là tình trạng GRAS (thường được công nhận là an toàn).

Ozone có một số lợi thế đáng kể so với nhiều lựa chọn thay thế hóa học khác nhau:

• Ozone có thể được tạo ra tại chỗ

• Ozone là một trong những chất oxy hóa tích cực nhất, có sẵn

• Ozone nhanh chóng phân hủy thành oxy, không để lại dấu vết hay tồn dư độc hại

• Phản ứng không tạo ra các hợp chất halogen độc hại

• Ozone hoạt động nhanh hơn so với các chất khử trùng thông thường khác

• Ozone phản ứng nhanh chóng và hiệu quả trên tất cả các chủng virus

• Ozone hoạt động bằng quá trình oxy hóa trực tiếp hoặc gián tiếp, bằng cách ozone hóa và xúc tác.

Một lượng lớn ozone được sản xuất từ máy tạo ozone công nghiệp, giống như cách mà ozone được hình thành một cách tự nhiên bằng cách phóng điện trong cơn giông bão. Truyền qua điện áp cao, phóng điện xen kẽ qua dòng khí chứa oxy sẽ dẫn đến sự phân hủy oxy phân tử thành oxy nguyên tử. Do đó, một số nguyên tử oxy đã giải phóng và chuyển đổi thành ozone, trong khi những nguyên tử khác kết hợp lại để tạo thành oxy. Để kiểm soát sự phóng điện và duy trì sự phóng điện corona trong không gian khí, một khoảng trống điện môi hoặc khe phóng điện được hình thành, sử dụng vật liệu điện môi như thủy tinh hoặc gốm. Vì ozone có khả năng phản ứng cao và có thời gian bán hủy ngắn, nên nó không thể được lưu trữ dưới dạng khí và vận chuyển. Do đó, ozone luôn được tạo ra từ máy tạo ozone để sử dụng ngay lập tức.

Ozone được sử dụng để xử lý nước uống. Tiềm năng oxy hóa mạnh mẽ này cho phép ozone có hiệu quả trong việc giảm hoặc loại bỏ màu sắc, dư vị và mùi hôi. Quan trọng hơn, ozone sẽ tiêu diệt hiệu quả vi khuẩn và virus nhanh hơn bất kỳ hóa chất khử trùng nào khác. Ozone cũng sẽ oxy hóa kim loại nặng. Sắt và mangan có thể được giảm đến mức rất thấp, an toàn trong nguồn cung cấp nước thông qua quá trình oxy hóa ozone. Quá trình tương tự này được sử dụng để giải phóng các kim loại nặng liên kết hữu cơ.

Khi được áp dụng đúng cách trong quá trình xử lý nước, ozone sẽ không dẫn đến sự hình thành các hợp chất halogen có thể gây ung thư như Trihalomethanes (THMs) như clo. Do đó, ozone được sử dụng như một chất oxy hóa, áp dụng ở giai đoạn sau của xử lý nước.

Ozone có hiệu quả trong việc xử lý nhiều hóa chất độc hại, phức tạp. Có hơn 2.000 đơn vị trên toàn thế giới sử dụng ozone để xử lý nước uống. Ozone là một chất khử trùng hiệu quả để xử lý nước thải đô thị và công nghiệp, đáp ứng các tiêu chuẩn tiền xử lý EPA.