L'applicazione dell'ozono nel trattamento delle acque reflue

Nell'ondata crescente dell'attuale causa di protezione ambientale, il trattamento delle acque reflue, come parte cruciale della salvaguardia dell'ambiente ecologico, esplora costantemente tecnologie innovative. L'ozono, con le sue proprietà uniche, svolge un ruolo significativo nel campo del trattamento delle acque reflue.

L'ozono (O₃) ha un aspetto azzurro, un odore speciale e una struttura molecolare unica. Il suo potere ossidante supera di gran lunga quello dell'ossigeno ordinario. Industrialmente, l'ozono è spesso prodotto dal metodo di scarica della barriera dielettrica, che utilizza corrente alternata ad alta tensione per stimolare la ricombinazione delle molecole di ossigeno, generando così ozono.

L'efficacia dell'ozono nel trattamento delle acque reflue è notevole. In primo luogo, in termini di sterilizzazione e disinfezione, ci sono un gran numero di microrganismi patogeni come batteri e virus in agguato nelle acque reflue, minacciando costantemente l'ambiente idrico e la salute umana. Con la sua forte penetrabilità, l'ozono può sfondare le pareti cellulari dei microrganismi, direttamente colpire le biomacromolecole chiave come gli enzimi e gli acidi nucleici all'interno delle cellule, distruggere le loro strutture e funzioni e rendere immediatamente i microrganismi inattivi, ottenendo una sterilizzazione efficiente. Rispetto alla tradizionale disinfezione del cloro, l'ozono non produce composti organici clorurati nocivi, garantendo la sicurezza della qualità dell'acqua.

In termini di decolorazione, i rifiuti industriali da stampa e tintura, fabbricazione della carta, ecc. Sono spesso profondamente colorati e contengono un gran numero di sostanze organiche colorate difficilmente degradabili. L'ozono utilizza la sua forte proprietà ossidante per "attaccare" i gruppi colorati, decomponendo ossidativamente le complesse strutture cromogeniche e convertendole in piccole molecole incolori o di colore chiaro, migliorando efficacemente la qualità dell'aspetto delle acque reflue e l'effetto di decolorazione è piuttosto notevole.

La sua funzione di deodorizzazione è ugualmente eccezionale. L'odore peculiare negli impianti di depurazione proviene principalmente da composti contenenti zolfo, composti contenenti azoto e sostanze organiche volatili. Quando l'ozono li incontra, subisce rapidamente una reazione di ossidazione, convertendo queste sostanze maleodoranti in inodore o sostanze con una bassa soglia di odore, purificando l'aria dalla sorgente e migliorando l'ambiente circostante.

Inoltre, per gli inquinanti organici nelle acque reflue, l'ozono ossida prima direttamente alcune sostanze organiche, decomponendole in anidride carbonica, acqua e piccoli acidi organici molecolari. Allo stesso tempo, avvia una reazione dei radicali liberi per generare radicali idrossilici, mineralizzando profondamente sostanze organiche difficilmente degradabili e migliorando la biodegradabilità delle acque reflue, gettando buone basi per i successivi processi di trattamento biologico.

Tuttavia, dopo che l'ozono ha completato la sua missione di depurazione delle acque reflue, se l'ozono residuo non viene trattato correttamente, porterà molti svantaggi. Da un lato, l'ozono residuo nei corpi idrici causerà stress ossidativo agli organismi acquatici e danneggerà l'ecosistema acquatico. D'altra parte, quando fuoriesce nell'aria, irriterà le mucose del tratto respiratorio umano e di altri tessuti, mettendo in pericolo la salute.

Esistono vari metodi per il trattamento dell'ozono residuo. La decomposizione naturale è relativamente lenta ed è fortemente influenzata da fattori ambientali, rendendola inadatta per impianti di trattamento delle acque reflue su larga scala. Sebbene il metodo di riduzione chimica reagisca rapidamente, richiede un dosaggio continuo di sostanze chimiche, con conseguenti costi elevati e facile introduzione di nuovo inquinamento da sale. Il metodo di decomposizione termica consuma un'enorme quantità di energia e l'investimento in attrezzature e i costi operativi sono proibitivi.

In confronto, la decomposizione catalitica dell'ozono residuo presenta evidenti vantaggi. Esistono diversi tipi comuni di catalizzatori: i catalizzatori di ossido di metallo come il biossido di manganese e l'ossido di rame hanno abbondanti siti attivi di superficie che possono assorbire le molecole di ozono. Attraverso il trasferimento di elettroni, il legame O - O all'interno della molecola di ozono viene indebolito, provocando la sua decomposizione in ossigeno, e l'attività catalitica degli ossidi metallici nanostrutturati è ancora migliore. I catalizzatori di metalli preziosi come il palladio e il platino hanno efficienze catalitiche estremamente elevate e possono facilmente assorbire e attivare l'ozono, ma i loro costi sono estremamente elevati, limitandone l'applicazione. I catalizzatori a carbone attivo hanno una vasta gamma di fonti e sono convenienti, con funzioni di adsorbimento fisico e catalitiche chimiche, e le loro prestazioni possono essere ulteriormente migliorate dopo moLa divificazione.

Prendendo ad esempio i catalizzatori di ossido di metallo, durante il processo catalitico, le molecole di ozono vengono catturate dai siti attivi sulla superficie del catalizzatore, formando uno stato adsorbito. Successivamente, il trasferimento di elettroni avviene tra gli ioni metallici e le molecole di ozono, causando la rottura del legame O - O, generando specie di ossigeno attive e infine combinandosi in ossigeno.

Nelle applicazioni pratiche vengono spesso utilizzati reattori a letto fisso o reattori a letto fluido. Il reattore a letto fisso ha una struttura semplice ed è conveniente funzionare. Il catalizzatore non si perde facilmente, ma è soggetto a intasamento e richiede un regolare controlavaggio. Il reattore a letto fluido ha un'elevata efficienza di trasferimento di calore e di massa e la rigenerazione del catalizzatore è conveniente. Tuttavia, richiede un'elevata sigillatura delle apparecchiature e il catalizzatore si consuma rapidamente. Durante il funzionamento, parametri come la concentrazione di ozono, la portata dell'acqua e la temperatura devono essere monitorati in tempo reale e le condizioni del reattore devono essere regolate in modo flessibile in base alla qualità dell'acqua influente e al dosaggio dell'ozono per garantire che l'ozono residuo soddisfi gli standard di scarico.

Guardando al futuro, con il progresso della scienza dei materiali, l'ozono e le relative tecnologie di trattamento continueranno sicuramente ad essere ottimizzate, iniettando un maggiore impulso nel trattamento delle acque reflue e aiutando l'ambiente ecologico a raggiungere nuove vette.