De toepassing van ozon in rioolwaterbehandeling

In de stijgende golf van de huidige milieubescherming onderzoekt rioolwaterzuivering, als een cruciaal onderdeel van het beschermen van de ecologische omgeving, voortdurend innovatieve technologieën. Ozon, met zijn unieke eigenschappen, speelt een belangrijke rol op het gebied van rioolwaterzuivering.

Ozon (Ovoordeel) heeft een lichtblauw uiterlijk, een speciale geur en een unieke moleculaire structuur. Het oxiderende vermogen is veel groter dan dat van gewone zuurstof. Industrieel wordt ozon vaak geproduceerd door de diëlektrische barrière-ontladingsmethode, die hoogspanningswisselstroom gebruikt om de recombinatie van zuurstofmoleculen op te wekken, waardoor ozon wordt gegenereerd.

De werkzaamheid van ozon bij rioolwaterzuivering is opmerkelijk. Ten eerste zijn er op het gebied van sterilisatie en desinfectie een groot aantal pathogene micro-organismen zoals bacteriën en virussen op de loer in rioolwater, waardoor het watermilieu en de menselijke gezondheid voortdurend worden bedreigd. Met zijn sterke penetreerbaarheid kan ozon door de celwanden van micro-organismen breken, zich rechtstreeks richten op belangrijke biomacromoleculen zoals enzymen en nucleïnezuren in de cellen, hun structuren en functies vernietigen en de micro-organismen onmiddellijk inactief maken, waardoor efficiënte sterilisatie wordt bereikt. In vergelijking met traditionele chloordesinfectie produceert ozon geen schadelijke gechloreerde organische verbindingen, waardoor de veiligheid van de waterkwaliteit wordt gegarandeerd.

Industrieel afvalwater van bedrukken en verven, papierfabricage e. d. is vaak diep gekleurd en bevat een groot aantal nauwelijks afbreekbare gekleurde organische stoffen. Ozon gebruikt zijn sterk oxiderende eigenschap om de gekleurde groepen te "aanvallen", waarbij de complexe chromogene structuren oxidatief worden afgebroken en omgezet in kleurloze of lichtgekleurde kleine moleculen, waardoor de kwaliteit van het afvalwater effectief wordt verbeterd, en het ontkleuringseffect is vrij opmerkelijk.

De ontgeuringsfunctie is even uitstekend. De eigenaardige geur in rioolwaterzuiveringsinstallaties is voornamelijk afkomstig van zwavelhoudende verbindingen, stikstofhoudende verbindingen en vluchtige organische stoffen. Wanneer ozon ze tegenkomt, ondergaat het snel een oxidatiereactie, waarbij deze onwelriekende stoffen worden omgezet in geurloze of stoffen met een lage geurdrempel, waardoor de lucht uit de bron wordt gezuiverd en de omgeving wordt verbeterd.

Bovendien oxideert ozon voor organische verontreinigende stoffen in rioolwater eerst direct sommige organische stoffen, waardoor ze worden afgebroken tot kooldioxide, water en kleine moleculaire organische zuren. Tegelijkertijd initieert het een reactie met vrije radicalen om hydroxylradicalen te genereren, nauwelijks afbreekbare organische stoffen diep te mineraliseren en de biologische afbreekbaarheid van rioolwater te verbeteren, waardoor een goede basis wordt gelegd voor latere biologische behandelingsprocessen.

Nadat ozon zijn missie om rioolwater te zuiveren heeft voltooid, zal het echter veel nadelen met zich meebrengen als de resterende ozon niet goed wordt behandeld. Enerzijds zal resterende ozon in waterlichamen oxidatieve stress veroorzaken voor waterorganismen en schade toebrengen aan het aquatische ecosysteem. Aan de andere kant, wanneer het in de lucht ontsnapt, zal het de slijmvliezen van de menselijke luchtwegen en andere weefsels irriteren, waardoor de gezondheid in gevaar komt.

Er zijn verschillende methoden voor het behandelen van resterende ozon. Natuurlijke ontbinding verloopt relatief traag en wordt sterk beïnvloed door omgevingsfactoren, waardoor het ongeschikt is voor grootschalige rioolwaterzuiveringsinstallaties. Hoewel de chemische reductiemethode snel reageert, vereist het continue dosering van chemicaliën, wat resulteert in hoge kosten en gemakkelijk nieuwe zoutvervuiling introduceert. De thermische ontledingsmethode verbruikt een enorme hoeveelheid energie en de investeringen in apparatuur en de bedrijfskosten zijn onbetaalbaar.

Ter vergelijking: de katalytische ontleding van resterende ozon heeft duidelijke voordelen. Er zijn verschillende veel voorkomende soorten katalysatoren: metaaloxidekatalysatoren zoals mangaandioxide en koperoxide hebben overvloedige oppervlakteactieve plaatsen die ozonmoleculen kunnen adsorberen. Door elektronenoverdracht wordt de O - O-binding in het ozonmolecuul verzwakt, waardoor de ontleding ervan in zuurstof ontstaat, en de katalytische activiteit van nanogestructureerde metaaloxiden is zelfs nog beter. Edelmetaalkatalysatoren zoals palladium en platina hebben een extreem hoge katalytische efficiëntie en kunnen gemakkelijk ozon adsorberen en activeren, maar hun kosten zijn extreem hoog, waardoor de toepassing ervan wordt beperkt. Katalysatoren voor actieve kool hebben een breed scala aan bronnen en zijn betaalbaar, met zowel fysische adsorptie als chemische katalytische functies, en hun prestaties kunnen na mo verder worden verbeterdDificatie.

Met metaaloxidekatalysatoren als voorbeeld: tijdens het katalytische proces worden ozonmoleculen opgevangen door de actieve plaatsen op het katalysatoroppervlak, waardoor een geadsorbeerde toestand wordt gevormd. Vervolgens vindt elektronenoverdracht plaats tussen de metaalionen en de ozonmoleculen, waardoor de O - O-binding breekt, waardoor actieve zuurstofsoorten worden gegenereerd en uiteindelijk worden gecombineerd tot zuurstof.

In praktische toepassingen worden vaak reactoren met een vast bed of reactoren met een wervelbed gebruikt. De reactor met vast bed heeft een eenvoudige structuur en is handig om te bedienen. De katalysator gaat niet gemakkelijk verloren, maar is gevoelig voor verstopping en vereist regelmatig terugspoelen. De gefluïdiseerde reactor heeft een hoge massa en efficiëntie van warmteoverdracht, en de regeneratie van de katalysator is handig. Het vereist echter een hoge afdichting van apparatuur en de katalysator verslijt snel. Tijdens bedrijf moeten parameters zoals ozonconcentratie, waterstroomsnelheid en temperatuur in realtime worden gecontroleerd en moeten de reactoromstandigheden flexibel worden aangepast aan de influente waterkwaliteit en ozondosering om ervoor te zorgen dat de resterende ozon voldoet aan de lozingsnormen.

Vooruitkijkend, met de vooruitgang van materiaalkunde, zullen ozon en aanverwante behandelingstechnologieën zeker worden geoptimaliseerd, waardoor een sterkere impuls wordt gegeven aan de rioolwaterzuivering en de ecologische omgeving nieuwe hoogten kan bereiken.