La aplicación del ozono en el tratamiento de aguas residuales

En la ola creciente de la causa actual de protección ambiental, el tratamiento de aguas residuales, como parte crucial de la protección del medio ambiente ecológico, está explorando constantemente tecnologías innovadoras. El ozono, con sus propiedades únicas, juega un papel importante en el campo del tratamiento de aguas residuales.

El ozono (O₃) tiene un aspecto azul claro, un olor especial y una estructura molecular única. Su poder oxidante supera con creces el del oxígeno ordinario. Industrialmente, el ozono a menudo se produce mediante el método de descarga de barrera dieléctrica, que utiliza corriente alterna de alto voltaje para provocar la recombinación de moléculas de oxígeno, generando así ozono.

La eficacia del ozono en el tratamiento de aguas residuales es notable. En primer lugar, en términos de esterilización y desinfección, hay una gran cantidad de microorganismos patógenos como bacterias y virus que acechan en las aguas residuales, amenazando constantemente el medio ambiente acuático y la salud humana. Con su fuerte penetrabilidad, el ozono puede atravesar las paredes celulares de los microorganismos, dirigirse directamente a biomacromoléculas clave como enzimas y ácidos nucleicos dentro de las células, destruir sus estructuras y funciones, e instantáneamente inactivar los microorganismos, logrando una esterilización eficiente. En comparación con la desinfección con cloro tradicional, el ozono no produce compuestos orgánicos clorados dañinos, lo que garantiza la seguridad de la calidad del agua.

En términos de decoloración, las aguas residuales industriales de la impresión y el teñido, la fabricación de papel, etc. a menudo están profundamente coloreadas y contienen una gran cantidad de sustancias orgánicas coloreadas difícilmente degradables. El ozono utiliza su fuerte propiedad oxidante para "atacar" los grupos coloreados, descomponiendo oxidativamente las complejas estructuras cromogénicas y convirtiéndolas en pequeñas moléculas incoloras o de color claro, mejorando efectivamente la calidad de apariencia de las aguas residuales, y el efecto de decoloración es bastante notable.

Su función de desodorización es igualmente sobresaliente. El olor peculiar en las plantas de aguas residuales se origina principalmente a partir de compuestos que contienen azufre, compuestos que contienen nitrógeno y sustancias orgánicas volátiles. Cuando el ozono los encuentra, experimenta rápidamente una reacción de la oxidación, convirtiendo estas sustancias malolientes en inodoras o sustancias con un umbral bajo del olor, purificando el aire de la fuente y mejorando el ambiente circundante.

Además, para los contaminantes orgánicos en las aguas residuales, el ozono primero oxida directamente algunas sustancias orgánicas, descomponiéndolas en dióxido de carbono, agua y ácidos orgánicos moleculares pequeños. Al mismo tiempo, inicia una reacción de radicales libres para generar radicales hidroxilo, mineralizando profundamente sustancias orgánicas difícilmente degradables y mejorando la biodegradabilidad de las aguas residuales, sentando una buena base para los procesos de tratamiento biológico posteriores.

Sin embargo, después de que el ozono complete su misión de purificar las aguas residuales, si el ozono residual no se trata adecuadamente, traerá muchas desventajas. Por un lado, el ozono residual en los cuerpos de agua causará estrés oxidativo a los organismos acuáticos y dañará el ecosistema acuático. Por otro lado, cuando se escapa al aire, irritará las membranas mucosas del tracto respiratorio humano y otros tejidos, poniendo en peligro la salud.

Existen varios métodos para tratar el ozono residual. La descomposición natural es relativamente lenta y se ve muy afectada por factores ambientales, lo que la hace inadecuada para plantas de tratamiento de aguas residuales a gran escala. Aunque el método de reducción química reacciona rápidamente, requiere una dosificación continua de productos químicos, lo que resulta en altos costos e introduce fácilmente nueva contaminación salina. El método de descomposición térmica consume una gran cantidad de energía, y la inversión en equipos y los costos operativos son prohibitivos.

En comparación, la descomposición catalítica del ozono residual tiene ventajas obvias. Hay varios tipos comunes de catalizadores: los catalizadores de óxido metálico como el dióxido de manganeso y el óxido de cobre tienen abundantes sitios de superficie activa que pueden adsorber moléculas de ozono. A través de la transferencia de electrones, el enlace O-O dentro de la molécula de ozono se debilita, lo que provoca su descomposición en oxígeno, y la actividad catalítica de los óxidos metálicos nanoestructurados es aún mejor. Los catalizadores de metales preciosos como el paladio y el platino tienen eficiencias catalíticas extremadamente altas y pueden adsorber y activar fácilmente el ozono, pero sus costos son extremadamente altos, lo que limita su aplicación. Los catalizadores de carbón activado tienen una amplia gama de fuentes y son asequibles, poseen funciones catalíticas químicas y de adsorción física, y su rendimiento puede mejorarse aún más después de la conversión.Difation.

Tomando catalizadores de óxido metálico como ejemplo, durante el proceso catalítico, las moléculas de ozono son capturadas por los sitios activos en la superficie del catalizador, formando un estado adsorbido. Posteriormente, se produce la transferencia de electrones entre los iones metálicos y las moléculas de ozono, lo que hace que el enlace O-O se rompa, generando especies de oxígeno activo y, finalmente, combinándose en oxígeno.

En aplicaciones prácticas, a menudo se usan reactores de lecho fijo o reactores de lecho fluidizado. El reactor de lecho fijo tiene una estructura simple y es conveniente para operar. El catalizador no se pierde fácilmente, pero es propenso a obstruirse y requiere un retrolavado regular. El reactor de lecho fluidizado tiene altas eficiencias de transferencia de masa y calor, y la regeneración del catalizador es conveniente. Sin embargo, requiere un alto sellado del equipo y el catalizador se desgasta rápidamente. Durante la operación, los parámetros como la concentración de ozono, el caudal de agua y la temperatura deben monitorearse en tiempo real, y las condiciones del reactor deben ajustarse de manera flexible de acuerdo con la calidad del agua influente y la dosis de ozono para garantizar que el ozono residual cumpla con los estándares de descarga.

Mirando hacia el futuro, con el progreso de la ciencia de los materiales, el ozono y las tecnologías de tratamiento relacionadas seguramente continuarán optimizándose, inyectando un mayor ímpetu en el tratamiento de aguas residuales y ayudando al entorno ecológico a alcanzar nuevas alturas.