Nie możesz zmniejszyć ChZT lub usunąć koloru? Rozwiązaniem jest zaawansowana technologia utleniania ozonem

Ozon o wzorze cząsteczkowym O3 jest alotropem tlenu (O2). Cząsteczka ozonu składa się z trzech atomów tlenu, z których jeden jest połączony z dwoma pozostałymi pojedynczym wiązaniem. Ozon jest okrzyknięty „zieloną substancją chemiczną”, silnym utleniaczem spełniającym cztery główne funkcje: sterylizację, odbarwianie, utlenianie i dezodoryzację. Posiada również takie zalety, jak brak pozostałości i brak wtórnych zanieczyszczeń, co czyni go przyjaznym dla środowiska, zielonym surowcem przemysłowym.

Ozon ma wyjątkowo silną moc utleniającą, z potencjałem redoks wynoszącym 2,07 mV. Ozon utlenia materię organiczną na dwa sposoby: po pierwsze, cząsteczki ozonu selektywnie bezpośrednio utleniają materię organiczną, tj. utlenianie bezpośrednie, ale szybkość reakcji jest stosunkowo mała; po drugie, szybko i nieselektywnie utlenia materię organiczną-przez rodniki hydroksylowe (·OH) powstałe w wyniku własnego rozkładu, tj. utleniania pośredniego. W rzeczywistych reakcjach uzdatniania wody skuteczność ozonu w usuwaniu materii organicznej jest sumą utleniania bezpośredniego i pośredniego, a stopień, w jakim te dwie reakcje przebiegają, zależy od różnych warunków reakcji. Utlenianie pośrednie jest również znane jako zaawansowana technologia utleniania.

Ozon można przygotować różnymi metodami. W dziedzinie uzdatniania wody powszechnie stosuje się-ciche rozładowanie wysokiego napięcia. Surowcami do produkcji ozonu są głównie powietrze lub tlen. Gdy jako źródło gazu wykorzystuje się powietrze, zawartość ozonu wynosi tylko około 1%, podczas gdy w przypadku stosowania tlenu stężenie ozonu może osiągnąć 10% (wagowo) lub więcej.

Technologia utleniania pojedynczym ozonem ma istotne ograniczenia: pojedynczy ozon nie może utleniać niektórych opornych związków organicznych, takich jak chloroform; pojedyncze utlenianie ozonem nie powoduje całkowitego rozkładu materii organicznej na dwutlenek węgla i wodę, a osiągnięcie wysokiej efektywności usuwania ChZT jest trudne. Zaawansowana technologia utleniania ozonem, zwana także technologią głębokiego utleniania, charakteryzuje się wytwarzaniem silnie utleniających rodników hydroksylowych (·OH) (potencjał redoks rodników hydroksylowych (·OH) wynosi 2,80 V, ustępuje jedynie fluorowi). W warunkach reakcji, takich jak wysoka temperatura, wysokie ciśnienie, elektryczność, dźwięk, promieniowanie świetlne i katalizatory, utlenia duże, oporne cząsteczki organiczne do małych cząsteczek o niskiej-toksyczności lub-nietoksycznych.

1) Technologia fotokatalitycznego utleniania ozonu

Fotokatalityczne utlenianie ozonem nie wykorzystuje ozonu do bezpośredniej reakcji z materią organiczną. Zamiast tego wykorzystuje aktywny utleniacz wtórny (·OH) powstający w wyniku rozkładu ozonu pod wpływem światła ultrafioletowego w celu utlenienia materii organicznej. Reakcja pomiędzy samym ozonem a materią organiczną jest selektywna i nie powoduje całkowitego rozkładu materii organicznej na dwutlenek węgla i wodę. Aby poprawić szybkość utleniania i wydajność ozonu, należy zastosować inne środki sprzyjające rozkładowi ozonu w celu wytworzenia aktywnego ·OH.

2) Technologia jednorodnego katalitycznego utleniania ozonu

Katalizatorami stosowanymi w homogenicznym ozonowaniu katalitycznym są na ogół metale przejściowe, takie jak Fe(II), Mn(II), Ni(II), Co(II), Cd(II), Cu(II), Ag(I), Cr(III) i Zn(II). Precyzyjne (mikro-dawka, poziom ppb) dodanie do ścieków jonów katalizujących ozon-osiąga się poprzez kontrolę mocy, co kończy zaawansowaną reakcję utleniania, która generuje rodniki hydroksylowe w celu usunięcia opornych zanieczyszczeń organicznych ze ścieków.

3) Technologia heterogenicznego katalitycznego utleniania ozonu

W tej technologii zazwyczaj wykorzystuje się stały nośnik utleniacza (często składający się z tlenku glinu lub syntetycznego zeolitu). Pod działaniem katalizatora ozon rozkłada się, tworząc silnie utleniające rodniki hydroksylowe (·OH), rozkładając w ten sposób zanieczyszczenia organiczne w wodzie.

Miejska oczyszczalnia ścieków jest zaprojektowana na 100 000 ton/dobę, ale jej rzeczywista zdolność oczyszczania wynosi 90 000 ton/dobę. Aby spełnić standardy emisji ChZT (mniejsze lub równe 40mg/L), stosowana jest technologia homogenicznego katalitycznego utleniania ozonu, wykorzystująca trzy generatory ozonu (każdy o wydajności 42kg/h, dwa pracujące i jeden w stanie gotowości). Przebieg procesu jest następujący: generator ozonu → wytwarza ozon w postaci gazowej → transportuje go rurociągami do wlotu pompy strumieniowej → rozpuszcza się w ściekach poprzez wtrysk strumieniowy → wytwarza ·OH pod działaniem jednorodnego katalizatora → kończy reakcję utleniania w zbiorniku utleniania katalitycznego ozonu.

1) Wydajność degradacji i odbarwiania ChZT

Wydajność oczyszczania ścieków: 90 000 ton/dobę. Obecnie pracuje jeden generator ozonu, ustawiony na 40 kg/h, z rzeczywistą wydajnością produkcji 34 kg/h (natężenie przepływu ozonu x stężenie ozonu). Dawka ozonu wynosi 9,1 mg/L. Zmniejsza to ChZT z 45 do 30 mg/l i barwę z 40 do 5, osiągając zgodność ścieków z „Normami dotyczącymi głównych zrzutów substancji zanieczyszczających wodę dla oczyszczalni ścieków komunalnych” (DB33/2169-2018).

2) Zużycie energii

Chociaż ozon jest znany ze swoich ekologicznych i przyjaznych dla środowiska właściwości, nie można zaprzeczyć wysokiemu zużyciu energii i wysokim kosztom operacyjnym związanym z jego produkcją. W przypadku wykorzystania powietrza jako źródła gazu zużycie energii wynosi około 20 kWh/kg ozonu; przy zastosowaniu tlenu jako źródła gazu zużycie energii wynosi około 10 kWh/kg ozonu. W oparciu o rzeczywistą-pracę na miejscu zużycie energii wynosi 13 kWh/kg ozonu latem i 11 kWh/kg ozonu zimą. Ze względu na wysokie temperatury zewnętrzne latem do chłodzenia generatora ozonu potrzebny jest agregat chłodniczy, natomiast zimą do zapewnienia normalnej pracy wystarczy włączyć jedynie płytowy wymiennik ciepła.