Theo EPA (Cục Bảo vệ Môi sinh Hoa Kỳ) thì công nghệ Ozone là một giải pháp khử trùng nước thải công nghiệp, sinh hoạt hữu hiệu, an toàn, tiết kiệm cho mọi dự án xử lý nước thải. Ozone có thể sử dụng thay thế hoàn toàn hóa chất thường được sử dụng trong khử trùng như nhóm Halogen hoặc hóa chất khử trùng khác.

Vai trò của việc khử trùng

Khử trùng được coi là giải pháp duy nhất để tiêu diệt/ bất hoạt sinh vật gây bệnh trong nước. Dưới đây là một số vi sinh vật phổ biến trong nước thải và các bệnh mà chúng có thể gây ra cho con người.

Ozone được tạo tại chỗ bằng máy ozone công nghiệp chuyên dụng

Ozone được tạo ra khi oxy (O2) bị phân tách bởi một nguồn năng lượng thành nguyên tử oxy (O). Nguyên tử O sinh ra kết hợp với các phân tử O2 tạo thành O3. Nguồn năng lượng phân tách oxy chủ yếu là điện áp cao dòng điện xoay chiều (6 đến 20 kilovolt) trong buồng phóng máy tạo khí ozone công nghiệp. Ozone sinh ra không ổn định, dễ bị phân huỷ trở lại thành O2 và O.

Ozone là một chất có tính oxy hoá mạnh với các cơ chế khử trùng sau:

• Oxy hoá/ phá huỷ trực tiếp thành tế bào
• Phản ứng với các chất hóa học còn tồn đọng trong môi trường
• Phá vỡ liên kết carbon – nito để khử polyme

Khi ozone phân huỷ trong nước, các gốc hydro peroxy (HO2) và hydroxyl (OH) hình thành, chúng có khả năng oxy hoá mạnh nên tích cực tham gia vào quá trình khử trùng. Đặc biệt khi ozone kết hợp với Oxy già H2O2 (Hydro peroxide) để tạo ra một quá trình Oxy hóa nâng cao AOP tạo ra các gốc hydroxyl (-OH), có tác dụng khử khuẩn & oxy hóa mạnh mẽ hợp chất có trong nước, tăng tốc độ diệt vi khuẩn lên nhiều lần.

Hiệu quả khử trùng phụ thuộc vào tính nhạy cảm của vi sinh vật, thời gian tiếp xúc cũng như nồng độ của ozone. Sơ đồ dưới đây thể hiện quá trình ozone hoá.

• Không khí khô hoặc oxy tinh khiết được sử dụng làm nguồn tạo ozone. Chúng được chuyển đến máy tạo ozone với lưu lượng phù hợp. 
• Các tia điện sinh ra, phóng trong không khí có chứa oxy khiến phân tử O2 bị phân tách thành 2 nguyên tử O. Nguyên tử O liên kết với nhau hoặc liên kết với O2 tạo thành O3. Điểm sương của khí nạp phải là -60EC (-76EF) hoặc thấp hơn. Luồng khí đi ra chứa khoảng 0.5% đến 3.0% ozone còn lượng oxy tinh khiết sẽ gấp 2 đến 4 lần mức độ đó.
• Sau khi sinh ra, ozone được đưa tới buồng tiếp xúc có chứa nước thải cần được khử trùng. Ozone được sục vào trong nước dưới dạng bong bóng khí. Lượng ozone sinh ra cần đạt giá trị tối ưu, đảm bảo phân rã hết trước khi đi ra ngoài môi trường tự nhiên. Nếu nguồn tạo ozone là khí oxy tinh khiết, khí thải từ buồng tiếp xúc có thể dùng để tái tạo ozone.

Máy tạo ozone thường được phân loại theo:

• Cơ chế điều khiển (điện áp, sản lượng, chế độ hoạt động)
• Cơ chế làm mát (nước, không khí, hoặc nước+ dầu)
• Sự sắp xếp vật lý của điện môi (dọc hoặc ngang)
• Nhà sản xuất máy ozone công nghiệp

Trong quá trình khử trùng, để kiểm soát các giai đoạn, người dùng dựa vào các chỉ số như: Liều lượng ozone, thời gian tiếp xúc. Điều quan trọng nhất trong tất cả các hệ thống khử trùng bằng ozone đó là việc cài đặt thông số chính xác để đảm bảo yêu cầu khử trùng cũng như tiêu chuẩn cho phép.

Mẫu máy tạo khí ozone công nghiệp chuyên dụng sản lượng lớn Dr.Ozone

Ứng dụng khử trùng nước thải bằng công nghệ Ozone

Xử lý nước thải hoặc Khử trùng nước bằng công nghệ ozone thường được sử dụng trong các nhà máy, với lượng nước thải lớn. Ngoài chức năng khử trùng, công nghệ ozone còn thực hiện chức năng kiểm soát mùi hiệu quả. Đây là phương pháp ít được sử dụng nhất tại Hoa Kỳ mặc dù chúng đã được nhiều nước châu Âu áp dụng trong thời gian dài. Nguyên nhân được xác định là do chi phí đầu tư ban đầu khá lớn. Vì vậy, mặc dù có tính khử trùng hiệu quả hơn hẳn so với clo, UV nhưng chỉ trong những trường hợp cần thiết hoặc không có phương pháp nào khả thi hơn thì ozone mới được sử dụng.

Ưu điểm sử dụng ozone khử trùng nước

• Ozone đạt hiệu quả cao hơn clo trong việc tiêu diệt vi khuẩn, virus
• Quá trình ozone hoá diễn ra trong một thời gian ngắn (10 đến 30 phút)
• Không có dư lượng gây hại cho con người, môi trường sau quá trình ozone hoá vì ozone phân huỷ rất nhanh
• Sau khi ozone hoá, không có sự tái sinh của vi sinh vật ngoại trừ những vi sinh vật được bao bọc bởi các hạt vật chất
• Ozone được tạo ra tại chỗ do đó chúng không cần đến không gian lưu trữ và vận chuyển
• Ozone hoá nâng cao nồng độ oxy hoà tan trong nước (DO)

Nhược điểm khi sử dụng công nghệ ozone khử trùng nước thải

• Sử dụng đúng nồng độ ozone, nếu nồng độ ozone thấp không thể tiêu diệt được một số virus, bào tử, u nang.
• Công nghệ ozone có quy trình làm việc tương đối phức tạp với nhiều thiết bị liên quan.
• Ozone rất dễ phản ứng và ăn mòn vật chất, do đó, máy móc cần được làm bằng chất liệu thép không gỉ
• Tiếp xúc ozone với nồng độ cao có thể gây kích ứng mắt, mũi cho con người
• Chi phí đầu tư ban đầu lớn
• Ozone hoá nếu chỉ hoạt động một mình không đạt hiệu quả cao trong việc loại bỏ các chất rắn lơ lửng (SS), nhu cầu oxy sinh hoá (BOD), nhu cầu oxy hoá học hoặc tổng số hữu cơ carbon. Vì vậy kết hợp Ozone với công nghệ UV hoặc một số hóa chất H2O2 tăng hiệu quả oxy hóa nâng cao.

Vận hành và bảo dưỡng máy ozone

Thiết bị tạo ozone sử dụng một nguồn năng lượng điện không hề nhỏ. Vì vậy, trong suốt quá trình hoạt động, cần đảm bảo rằng thiết bị được cung cấp điện liên tục. Ngoài ra, hệ thống vận hành không được phép bị rò rỉ, thiết bị không quá nóng. Chỉ cần một lỗ hổng nhỏ cũng có thể khiến ozone đi ra môi trường bên ngoài và ảnh hưởng đến hệ sinh thái

Giống như oxy, ozone có độ hoà tan trong nước hạn chế nhưng lại phân huỷ nhanh do đó, chúng đòi hòi sự khuếch tán đồng đều để đảm bảo hiệu quả khử trùng.

Ozone ở dạng khí nếu có nồng độ 240g/m3 tương tự như một quả bom, có thể nổ bất kỳ lúc nào. Do đó, trong mọi thiết bị, các máy ozone công nghiệp thường chỉ sử dụng nồng độ ozone chỉ duy trì ở mức từ 50 đến 200g/m3. Trên thực tế, máy ozone Dr.Ozone sản lượng cao của HSVN Toàn Cầu thường sử dụng nồng độ 85g/m3. 

Những điều cần lưu ý

Để đảm bảo hiệu quả vận hành hệ thống khử trùng công nghệ ozone, người dùng cần đặc biệt chú ý tới các vấn đề dưới đây:

• Làm sạch khí nạp đầu vào trước khi dẫn truyền tới máy tạo ozone
• Bôi trơn, kiểm tra máy nén, quạt thông gió để đảm bảo chúng đều hoạt động tốt
• Vận hành thiết bị phù hợp với các chỉ tiêu, thông số kỹ thuật
• Thường xuyên kiểm tra bộ cung cấp khí, điện môi, nhiệt độ máy
• Giám sát việc cung cấp và phân phối khí ozone
• Đảm bảo lượng ozone lọt ra bên ngoài trong quy định cho phép

Chi phí của một hệ thống khử trùng bằng ozone

Phí sử dụng hệ thống khử trùng ozone phụ thuộc vào thương hiệu sản xuất, công suất thiết bị, đặc điểm nguồn nước thải. So với các phương pháp khử trùng khác, ozone hoá cần vốn đầu tư cao hơn.

Chi phí chung cho một hệ thống ozone phần lớn thuộc về chi phí đầu tư thiết bị ban đầu cũng như việc xây dựng cơ sở hạ tầng. Ngoài ra, hàng năm doanh nghiệp cũng cần tiêu tốn các khoản liên quan đến điện năng, sửa chữa, bảo hành thiết bị, nhân sự. Bên cạnh đó, với nguồn nước thải ô nhiễm nghiêm trọng, cần kết hợp công nghệ ozone với các phương pháp khử trùng khác, điều này cũng tiêu hao một khoản phí đáng kể.