A aplicação do ozônio no tratamento do esgoto

Na onda crescente da atual causa de proteção ambiental, o tratamento de esgoto, como parte crucial da salvaguarda do meio ambiente ecológico, está constantemente explorando tecnologias inovadoras. O ozônio, com suas propriedades únicas, desempenha um papel significativo no campo do tratamento de esgoto.

O ozônio (O3) tem uma aparência azul clara, um cheiro especial e uma estrutura molecular única. Seu poder oxidante excede em muito o do oxigênio comum. Industrialmente, o ozônio é frequentemente produzido pelo método de descarga de barreira dielétrica, que usa corrente alternada de alta tensão para solicitar a recombinação de moléculas de oxigênio, gerando ozônio.

A eficácia do ozônio no tratamento do esgoto é notável. Em primeiro lugar, em termos de esterilização e desinfecção, há um grande número de microrganismos patogênicos, como bactérias e vírus, à espreita nos esgotos, ameaçando constantemente o ambiente hídrico e a saúde humana. Com sua forte penetrabilidade, o ozônio pode romper as paredes celulares dos microrganismos, direcionar diretamente as principais biomacromoléculas, como enzimas e ácidos nucleicos, dentro das células, destruir suas estruturas e funções e instantaneamente tornar os microrganismos inativos, alcançando uma esterilização eficiente. Comparado com a desinfecção tradicional do cloro, o ozônio não produz compostos orgânicos clorados prejudiciais, assegurando a segurança da qualidade da água.

Em termos de descoloração, as águas residuais industriais de impressão e tingimento, fabricação de papel, etc. são muitas vezes profundamente coloridas e contêm um grande número de substâncias orgânicas coloridas dificilmente degradáveis. O ozônio utiliza sua forte propriedade oxidante para "atacar" os grupos coloridos, decompondo oxidativamente as estruturas cromogênicas complexas e convertendo-as em pequenas moléculas incolores ou de cor clara, melhorando efetivamente a qualidade da aparência das águas residuais, e o efeito de descoloração é bastante notável.

Sua função desodorizante é igualmente notável. O cheiro peculiar em estações de esgoto se origina principalmente de compostos contendo enxofre, compostos contendo nitrogênio e substâncias orgânicas voláteis. Quando o ozônio os encontra, ele sofre rapidamente uma reação de oxidação, convertendo essas substâncias malcheirosas em inodoras ou substâncias com baixo limiar de odor, purificando o ar da fonte e melhorando o ambiente ao redor.

Além disso, para os poluentes orgânicos no esgoto, o ozônio primeiro oxida diretamente algumas substâncias orgânicas, decompondo-as em dióxido de carbono, água e pequenos ácidos orgânicos moleculares. Ao mesmo tempo, inicia uma reação de radicais livres para gerar radicais hidroxila, mineralizando profundamente substâncias orgânicas dificilmente degradáveis e melhorando a biodegradabilidade do esgoto, estabelecendo uma boa base para os processos subsequentes de tratamento biológico.

No entanto, depois que o ozônio completar sua missão de purificar o esgoto, se o ozônio residual não for tratado adequadamente, trará muitas desvantagens. Por um lado, o ozono residual nos corpos de água causará stress oxidativo nos organismos aquáticos e danificará o ecossistema aquático. Por outro lado, quando escapa para o ar, irrita as membranas mucosas do trato respiratório humano e outros tecidos, colocando em risco a saúde.

Existem vários métodos para tratar o ozônio residual. A decomposição natural é relativamente lenta e é muito afetada por fatores ambientais, tornando-a inadequada para estações de tratamento de esgoto em grande escala. Embora o método de redução química reaja rapidamente, requer dosagem contínua de produtos químicos, resultando em altos custos e introduzindo facilmente nova poluição salina. O método de decomposição térmica consome uma enorme quantidade de energia e o investimento em equipamentos e custos operacionais são proibitivos.

Em comparação, a decomposição catalítica do ozônio residual tem vantagens óbvias. Existem vários tipos comuns de catalisadores: catalisadores de óxido metálico como o dióxido de manganês e o óxido de cobre têm abundantes locais ativos superficiais que podem adsorver moléculas de ozônio. Através da transferência de elétrons, a ligação O - O dentro da molécula de ozônio é enfraquecida, provocando sua decomposição em oxigênio, e a atividade catalítica dos óxidos metálicos nanoestruturados é ainda melhor. Catalisadores de metais preciosos como paládio e platina têm eficiências catalíticas extremamente altas e podem facilmente adsorver e ativar ozônio, mas seus custos são extremamente altos, limitando sua aplicação. Os catalizadores ativados do carbono têm uma vasta gama de fontes e são disponíveis, possuindo a adsorção física e as funções catalíticas químicas, e seu desempenho pode mais ser melhorado após o moDiffication.

Tomando catalisadores de óxido metálico como exemplo, durante o processo catalítico, as moléculas de ozônio são capturadas pelos locais ativos na superfície do catalisador, formando um estado adsorvido. Subsequentemente, a transferência de elétrons ocorre entre os íons metálicos e as moléculas de ozônio, causando a quebra da ligação O - O, gerando espécies ativas de oxigênio e finalmente se combinando em oxigênio.

Em aplicações práticas, reatores de leito fixo ou reatores de leito fluidizado são frequentemente usados. O reator de leito fixo tem uma estrutura simples e é conveniente para operar. O catalisador não é facilmente perdido, mas é propenso a entupimento e requer retroclavagem regular. O reator de leito fluidizado tem alta eficiência de transferência de massa e calor e a regeneração do catalisador é conveniente. No entanto, requer alta vedação do equipamento e o catalisador se desgasta rapidamente. Durante a operação, parâmetros como concentração de ozônio, vazão de água e temperatura devem ser monitorados em tempo real, e as condições do reator devem ser ajustadas com flexibilidade de acordo com a qualidade da água afluente e a dosagem de ozônio para garantir que o ozônio residual atenda aos padrões de descarga.

Olhando para o futuro, com o progresso da ciência dos materiais, o ozônio e as tecnologias de tratamento relacionadas certamente continuarão a ser otimizadas, injetando um impulso mais forte no tratamento de esgoto e ajudando o ambiente ecológico a alcançar novos patamares.