Aplikácia ozónu v čistení odpadových vôd

V rastúcej vlne dnešnej príčiny ochrany životného prostredia sa úprava odpadových vôd, ako rozhodujúca súčasť ochrany ekologického prostredia, neustále skúma inovatívne technológie. Ozón so svojimi jedinečnými vlastnosťami hrá významnú úlohu v oblasti čistenia odpadových vôd.

Ozón (o() má svetlo modrý vzhľad, špeciálny zápach a jedinečnú molekulárnu štruktúru. Jeho oxidačná sila ďaleko presahuje silu bežného kyslíka. Priemyselne sa ozón často vyrába metódou výboja dielektrickej bariéry, ktorá využíva vysokonapäťový striedavý prúd na výzvu rekombinácie molekúl kyslíka, čím vytvára ozón.

Účinnosť ozónu pri úprave odpadových vôd je pozoruhodná. Po prvé, pokiaľ ide o sterilizáciu a dezinfekciu, existuje veľké množstvo patogénnych mikroorganizmov, ako sú baktérie a vírusy, ktoré sa opierajú v odpadových vodách, neustále ohrozujú vodné prostredie a ľudské zdravie. Ozón môže so svojou silnou prenikaviteľnosťou preraziť bunkové steny mikroorganizmov, priamo sa zamerať na kľúčové biomakromolekuly, ako sú enzýmy a nukleové kyseliny vo vnútri buniek, zničiť ich štruktúry a funkcie, a okamžite vykonať mikroorganizmy neaktívne, dosiahnutie efektívne sterilizácie. V porovnaní s tradičnou dezinfekciou chlóru, ozón neprodukuje škodlivé chlorované organické zlúčeniny, čo zabezpečuje bezpečnosť kvality vody.

Z hľadiska odfarbenia sú priemyselné odpadové vody z tlače a farbenia, papierenie a pod. často hlboko sfarbené a obsahujú veľké množstvo ťažko odbúrateľných farebných organických látok. Ozón využíva svoju silnú oxidačnú vlastnosť, aby "zaútočil" na farebné skupiny, oxidačne rozkladá zložité chromogénne štruktúry a premení ich na bezfarebné alebo svetlé malé molekuly, efektívne zlepšenie kvality vzhľadu odpadových vôd a efekt odfarbenia je celkom pozoruhodný.

Jeho deodorizačná funkcia je rovnako vynikajúca. Zvláštna vôňa v odpadových rastlinách pochádza hlavne zo zlúčenín obsahujúcich síru, zlúčenín obsahujúcich dusík a prchavých organických látok. Keď sa s nimi ozón stretáva, rýchlo prechádza oxidačnou reakciou, mení tieto zápachové látky na bez zápachu alebo na látky s nízkym prahom zápachu, čistí vzduch zo zdroja a zlepšuje okolité prostredie.

Okrem toho pre organické znečisťujúce látky v odpadových vodách ozón najprv priamo oxiduje niektoré organické látky, rozkladá ich na oxid uhličitý, vodu a malé molekulárne organické kyseliny. Zároveň iniciuje reakciu voľných radikálov na generovanie hydroxylových radikálov, hlboko mineralizuje ťažko rozložiteľné organické látky a zlepšuje biologickú rozložiteľnosť odpadových vôd, čím kladie dobrý základ pre následné procesy biologického spracovania.

Avšak, potom, čo ozón dokončí svoju misiu na čistenie odpadových vôd, v prípade, že zvyšok ozónu nie je správne ošetrené, to prinesie mnoho nevýhod. Na jednej strane zbytkový ozón vo vodných útvaroch spôsobí oxidatívny stres vodným organizmom a poškodí vodný ekosystém. Na druhej strane, keď unikne do vzduchu, bude dráždiť sliznice ľudských dýchacích ciest a iných tkanív, ohrozujúce zdravie.

Existujú rôzne metódy na liečbu zvyškového ozónu. Prirodzený rozklad je relatívne pomalý a je značne ovplyvnený faktormi životného prostredia, čo ho robí nevhodným pre rozsiahle čistiarne odpadových vôd. Aj keď metóda chemickej redukcie rýchlo reaguje, vyžaduje kontinuálne dávkovanie chemických látok, čo má za následok vysoké náklady a ľahko zavedenie nového znečistenia soli. Metóda tepelného rozkladu spotrebuje obrovské množstvo energie a investície a prevádzkové náklady na zariadenia sú nepriaznivé.

Pre porovnanie, katalytický rozklad zvyškového ozónu má zrejmé výhody. Existuje niekoľko bežných typov katalyzátorov: katalyzátory oxidu kovových ako oxid mangánový a oxid meďnatý majú hojné povrchovo aktívne miesta, ktoré môžu adsorbovať molekuly ozónu. Prostredníctvom prenosu elektrónov je o-o väzba v rámci molekuly ozónu oslabená, čo vyvoláva jej rozklad na kyslík a katalytická aktivita nanoštruktúrovaných oxidov kovov je ešte lepšia. Katalyzátory drahých kovov ako palládium a platina majú extrémne vysokú katalytickú účinnosť a môžu ľahko adsorbovať a aktivovať ozón, ale ich náklady sú extrémne vysoké, čo obmedzuje ich aplikáciu. Katalyzátory aktívneho uhlíka majú širokú škálu zdrojov a sú cenovo dostupné, majú fyzikálne adsorpčné aj chemické katalytické funkcie a ich výkon sa môže ďalej zlepšiť po moDifikácia.

Ak vezmeme ako príklad katalyzátory oxidu kovového, počas katalytického procesu sú molekuly ozónu zachytené aktívnymi miestami na povrchu katalyzátora, čím sa vytvára adsorbovaný stav. Následne dochádza k prenosu elektrónov medzi iónmi kovov a molekulami ozónu, čím sa o-o väzba rozbije, čím vzniká aktívne kyslíkové druhy, a nakoniec sa kombinuje na kyslík.

V praktických aplikáciách sa často používajú reaktory s pevným lôžkom alebo reaktory s fluidným lôžkom. Reaktor s pevným lôžkom má jednoduchú štruktúru a je pohodlný na prevádzku. Katalyzátor nie je ľahko stratený, ale je náchylný k upchnutiu a vyžaduje pravidelné spätné umývanie. Reaktor s fluidným lôžkom má vysokú účinnosť prenosu hmoty a tepla a regenerácia katalyzátora je pohodlná. Vyžaduje však vysokú tesnenie vybavenia a katalyzátor rýchlo odváži. Počas prevádzky by mali byť parametre ako koncentrácia ozónu, prietok vody a teplota monitorované v reálnom čase, a podmienky reaktora by mali byť flexibilne upravené podľa kvality vody influent a dávkovanie ozónu, aby sa zabezpečilo, že zvyšok ozónu spĺňa normy výboja.

Pri postupe materiálovej vedy, ozón a súvisiace technológie spracovania budú určite naďalej optimalizované, čím sa do čistenia odpadových vôd vstrekne silnejší impulz a ekologickému prostrediu pomôže dosiahnuť nové výšky.