下水処理におけるオゾンの応用

今日の環境保護の原因の急増する波の中で、下水処理は、生態学的環境を保護するための重要な部分として、常に革新的な技術を模索しています。 オゾンは、そのユニークな特性を持ち、下水処理の分野で重要な役割を果たしています。

オゾン (O ₃) は、水色の外観、特別な匂い、そして独特の分子構造を持っています。 その酸化力は通常の酸素のそれをはるかに超えています。 工業的には、オゾンは、高電圧交流を使用して酸素分子の再結合を促し、オゾンを生成する誘電体バリア放電法によって生成されることがよくあります。

下水処理におけるオゾンの有効性は顕著である。 第一に、殺菌と消毒の面では、下水に潜んでいるバクテリアやウイルスなどの病原性微生物が多数あり、常に水環境と人間の健康を脅かしています。 オゾンはその強力な浸透性により、微生物の細胞壁を突破し、細胞内の酵素や核酸などの主要な生体高分子を直接標的にし、それらの構造や機能を破壊し、微生物を即座に不活性にして効率的な滅菌を達成することができます。 従来の塩素消毒と比較して、オゾンは有害な塩素化有機化合物を生成せず、水質の安全性を確保します。

脱色に関しては、印刷や染色、製紙などによる産業排水は、しばしば深く着色され、ほとんど分解されない着色有機物を多数含んでいます。 オゾンはその強力な酸化特性を利用して着色基を「攻撃」し、複雑な発色団構造を酸化的に分解して無色または明るい色の小分子に変換し、廃水の外観品質を効果的に改善し、脱色効果は非常に顕著です。

その脱臭機能は同様に優れています。 下水処理場の独特の臭いは、主に硫黄含有化合物、窒素含有化合物、および揮発性有機物に由来します。 オゾンがそれらに遭遇すると、急速に酸化反応を起こし、これらの悪臭物質を無臭または臭気閾値の低い物質に変換し、発生源から空気を浄化し、周囲の環境を改善します。

さらに、下水中の有機汚染物質については、オゾンは最初にいくつかの有機物質を直接酸化し、それらを二酸化炭素、水、および小分子有機酸に分解します。 同時に、フリーラジカル反応を開始してヒドロキシルラジカルを生成し、分解性の低い有機物質を深く鉱化し、下水の生分解性を改善し、その後の生物学的処理プロセスの良い基盤を築きます。

しかし、オゾンが下水を浄化する使命を完了した後、残留オゾンが適切に処理されない場合、それは多くの欠点をもたらすでしょう。 一方では、水域に残留するオゾンは、水生生物に酸化ストレスを引き起こし、水生生態系に損傷を与えます。 一方、空気中に逃げると、人間の気道や他の組織の粘膜を刺激し、健康を危険にさらします。

残留オゾンを処理するための様々な方法がある。 自然分解は比較的遅く、環境要因の影響を大きく受け、大規模な下水処理施設には適していません。 化学還元法は急速に反応しますが、化学物質の継続的な投与が必要なため、コストが高くなり、新しい塩汚染が容易に発生します。 熱分解法は膨大な量のエネルギーを消費し、機器の投資と運用コストは法外です。

それに比べて、残留オゾンの触媒分解は明らかな利点を有する。 触媒にはいくつかの一般的なタイプがあります。二酸化マンガンや酸化銅などの金属酸化物触媒には、オゾン分子を吸着できる表面活性部位が豊富にあります。 電子移動により、オゾン分子内のO - O結合が弱まり、酸素への分解が促進され、ナノ構造金属酸化物の触媒活性がさらに向上します。 パラジウムや白金などの貴金属触媒は、触媒効率が非常に高く、オゾンを簡単に吸着および活性化できますが、コストが非常に高く、用途が制限されます。 活性炭触媒は幅広い供給源を持ち、手頃な価格で、物理吸着機能と化学触媒機能の両方を備えており、その性能はmoの後にさらに改善することができますDifification。

金属酸化物触媒を例にとると、触媒プロセス中に、オゾン分子は触媒表面の活性部位によって捕捉され、吸着状態を形成する。 その後、金属イオンとオゾン分子の間で電子移動が発生し、O - O結合が破壊され、活性酸素種が生成され、最終的に結合して酸素になります。

実際の用途では、固定床反応器または流動床反応器がよく使用されます。 固定床反応器は、単純な構造を有し、操作に便利である。 触媒は簡単に失われることはありませんが、目詰まりしやすく、定期的な逆洗が必要です。 流動床反応器は、質量と熱の移動効率が高く、触媒の再生が便利です。 しかし、それは高い装置のシーリングを必要とし、触媒はすぐに摩耗します。 運転中は、オゾン濃度、水流量、温度などのパラメーターをリアルタイムで監視し、影響する水質とオゾン量に応じて原子炉の状態を柔軟に調整して、残留オゾンが排出基準を満たしていることを確認する必要があります。

将来的には、材料科学の進歩により、オゾンおよび関連する処理技術は確実に最適化され続け、下水処理により強い推進力を注入し、生態環境が新たな高みに到達するのを助けます。