Δεν μπορείτε να μειώσετε το COD ή να αφαιρέσετε το χρώμα; Η προηγμένη τεχνολογία οξείδωσης του όζοντος προσφέρει μια λύση

Το όζον, με μοριακό τύπο Ο3, είναι αλλοτρόπο του οξυγόνου (Ο2). Ένα μόριο όζοντος αποτελείται από τρία άτομα οξυγόνου, ένα από τα οποία συνδέεται με τα άλλα δύο με έναν μόνο δεσμό. Το όζον χαιρετίζεται ως «πράσινη χημική ουσία», ένα ισχυρό οξειδωτικό με τέσσερις κύριες λειτουργίες: αποστείρωση, αποχρωματισμό, οξείδωση και απόσμηση. Διαθέτει επίσης πλεονεκτήματα όπως δεν υπάρχουν υπολείμματα και δεν προκαλεί δευτερογενή ρύπανση, καθιστώντας το μια φιλική προς το περιβάλλον πράσινη βιομηχανική πρώτη ύλη.

Το όζον έχει εξαιρετικά ισχυρή οξειδωτική ισχύ, με δυναμικό οξειδοαναγωγής 2,07 mV. Το όζον οξειδώνει την οργανική ύλη με δύο τρόπους: πρώτον, τα μόρια του όζοντος οξειδώνουν επιλεκτικά απευθείας την οργανική ύλη, δηλαδή με άμεση οξείδωση, αλλά ο ρυθμός αντίδρασης είναι σχετικά αργός. δεύτερον, οξειδώνει γρήγορα την οργανική ύλη μη-επιλεκτικά μέσω των ριζών υδροξυλίου (·ΟΗ) που δημιουργούνται από τη δική του αποσύνθεση, δηλαδή, έμμεση οξείδωση. Στις πραγματικές αντιδράσεις επεξεργασίας νερού, η αποτελεσματικότητα του όζοντος στην απομάκρυνση της οργανικής ύλης είναι η υπέρθεση άμεσης και έμμεσης οξείδωσης και ο βαθμός στον οποίο προχωρούν αυτές οι δύο αντιδράσεις εξαρτάται από διαφορετικές συνθήκες αντίδρασης. Η έμμεση οξείδωση είναι επίσης γνωστή ως προηγμένη τεχνολογία οξείδωσης.

Το όζον μπορεί να παρασκευαστεί χρησιμοποιώντας διάφορες μεθόδους. Στον τομέα της επεξεργασίας νερού, χρησιμοποιείται συνήθως η αθόρυβη εκφόρτιση υψηλής{1}τάσης. Οι πρώτες ύλες για την παραγωγή όζοντος είναι κυρίως ο αέρας ή το οξυγόνο. Όταν χρησιμοποιείται ο αέρας ως πηγή αερίου, η περιεκτικότητα σε όζον είναι μόνο περίπου 1%, ενώ όταν χρησιμοποιείται οξυγόνο, η συγκέντρωση του όζοντος μπορεί να φτάσει το 10% (κατά μάζα) ή υψηλότερη.

Η τεχνολογία ενιαίας οξείδωσης του όζοντος έχει σημαντικούς περιορισμούς: το μόνο όζον δεν μπορεί να οξειδώσει ορισμένες ανυπόφορες οργανικές ενώσεις, όπως το χλωροφόρμιο. Η απλή οξείδωση του όζοντος δεν μπορεί να αποσυνθέσει πλήρως την οργανική ύλη σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό και είναι δύσκολο να επιτευχθεί υψηλή απόδοση αφαίρεσης COD. Η προηγμένη τεχνολογία οξείδωσης του όζοντος, γνωστή και ως τεχνολογία βαθιάς οξείδωσης, χαρακτηρίζεται από τη δημιουργία ριζών υδροξυλίου υψηλής οξείδωσης (·OH) (το δυναμικό οξειδοαναγωγής των ριζών υδροξυλίου (·ΟΗ) είναι 2,80 V, δεύτερη μετά το φθόριο). Υπό συνθήκες αντίδρασης όπως υψηλή θερμοκρασία, υψηλή πίεση, ηλεκτρισμός, ήχος, ακτινοβολία φωτός και καταλύτες, οξειδώνει μεγάλα, ανυπόφορα οργανικά μόρια σε χαμηλής-τοξικότητας ή μη{4}}μικρά μόρια.

1) Τεχνολογία φωτοκαταλυτικής οξείδωσης του όζοντος

Η φωτοκαταλυτική οξείδωση του όζοντος δεν χρησιμοποιεί το όζον για να αντιδράσει άμεσα με την οργανική ύλη. Αντίθετα, χρησιμοποιεί το ενεργό δευτερογενές οξειδωτικό (·ΟΗ) που παράγεται από την αποσύνθεση του όζοντος κάτω από το υπεριώδες φως για να οξειδώσει την οργανική ύλη. Η αντίδραση μεταξύ του όζοντος και της οργανικής ύλης από μόνη της είναι επιλεκτική και δεν μπορεί να αποσυνθέσει πλήρως την οργανική ύλη σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Για να βελτιωθεί ο ρυθμός οξείδωσης και η αποτελεσματικότητα του όζοντος, πρέπει να υιοθετηθούν άλλα μέτρα για την προώθηση της αποσύνθεσης του όζοντος για τη δημιουργία ενεργού ·ΟΗ.

2) Τεχνολογία Ομογενούς Καταλυτικής Οξείδωσης του Όζοντος

Οι καταλύτες που χρησιμοποιούνται στην ομογενή καταλυτική οζονοποίηση είναι γενικά μέταλλα μετάπτωσης, όπως Fe(II), Mn(II), Ni(II), Co(II), Cd(II), Cu(II), Ag(I), Cr(III) και Zn(II). Η ακριβής (μικρο-δόση, επίπεδο ppb) προσθήκη ιόντων όζοντος-που καταλύουν τα λύματα επιτυγχάνεται μέσω ελέγχου ισχύος, ολοκληρώνοντας την προηγμένη αντίδραση οξείδωσης που δημιουργεί ρίζες υδροξυλίου για την απομάκρυνση των ανίκανων οργανικών ρύπων από τα λύματα.

3) Τεχνολογία Ετερογενούς Καταλυτικής Οξείδωσης του Όζοντος

Αυτή η τεχνολογία χρησιμοποιεί συνήθως ένα στερεό οξειδωτικό φορέα (συχνά αποτελούμενο από αλουμίνα ή συνθετικό ζεόλιθο). Κάτω από τη δράση ενός καταλύτη, το όζον αποσυντίθεται για να δημιουργήσει εξαιρετικά οξειδωτικές ρίζες υδροξυλίου (·ΟΗ), αποικοδομώντας έτσι τους οργανικούς ρύπους στο νερό.

Η μονάδα επεξεργασίας αστικών λυμάτων έχει σχεδιαστεί για να χειρίζεται 100.000 τόνους/ημέρα, αλλά η πραγματική της ικανότητα επεξεργασίας είναι 90.000 τόνοι/ημέρα. Για την τήρηση των προτύπων εκπομπής COD (λιγότερο από ή ίσο με 40 mg/L), χρησιμοποιείται ομοιογενής τεχνολογία καταλυτικής οξείδωσης του όζοντος, που χρησιμοποιεί τρεις γεννήτριες όζοντος (η καθεμία με χωρητικότητα 42 kg/h, δύο σε λειτουργία και μία σε κατάσταση αναμονής). Η ροή της διαδικασίας είναι η εξής: η γεννήτρια όζοντος → παράγει αέριο όζοντος → το μεταφέρει μέσω αγωγών στην είσοδο της αντλίας πίδακα → διαλύεται στα λύματα μέσω έγχυσης πίδακα → παράγει ·ΟΗ υπό τη δράση ενός ομοιογενούς καταλύτη → ολοκληρώνει την αντίδραση οξείδωσης στη δεξαμενή καταλυτικής οξείδωσης του όζοντος.

1) Απόδοση υποβάθμισης και αποχρωματισμού COD

Δυνατότητα επεξεργασίας λυμάτων: 90.000 τόνοι/ημέρα. Επί του παρόντος, βρίσκεται σε λειτουργία μία γεννήτρια όζοντος, με ταχύτητα 40 kg/h, με πραγματικό ρυθμό παραγωγής 34 kg/h (ρυθμός ροής όζοντος x συγκέντρωση όζοντος). Η δόση του όζοντος είναι 9,1 mg/L. Αυτό μειώνει το COD από 45 σε 30 mg/L και το χρώμα από 40 σε 5, επιτυγχάνοντας συμμόρφωση των λυμάτων με το «Πρότυπο για την απόρριψη σημαντικών ρύπων νερού για εγκαταστάσεις επεξεργασίας αστικών λυμάτων» (DB33/2169-2018).

2) Κατανάλωση ρεύματος

Ενώ το όζον είναι γνωστό για τις πράσινες και φιλικές προς το περιβάλλον ιδιότητές του, η υψηλή κατανάλωση ενέργειας και το λειτουργικό κόστος που συνδέονται με την παραγωγή του είναι αναμφισβήτητα. Όταν χρησιμοποιείται αέρας ως πηγή αερίου, η κατανάλωση ενέργειας είναι περίπου 20 kWh/kg όζοντος. όταν χρησιμοποιείται οξυγόνο ως πηγή αερίου, η κατανάλωση ενέργειας είναι περίπου 10 kWh/kg όζοντος. Με βάση την πραγματική λειτουργία-στο χώρο, η κατανάλωση ενέργειας είναι 13 kWh/kg όζοντος το καλοκαίρι και 11 kWh/kg όζοντος το χειμώνα. Λόγω των υψηλών εξωτερικών θερμοκρασιών το καλοκαίρι, απαιτείται ψύκτης για την ψύξη της γεννήτριας όζοντος, ενώ το χειμώνα, μόνο ο πλακοειδής εναλλάκτης θερμότητας χρειάζεται να είναι ενεργοποιημένος για να διασφαλιστεί η κανονική λειτουργία.