Ne možete smanjiti COD ili ukloniti boju? Napredna tehnologija oksidacije ozona nudi rješenje

Ozon, sa molekulskom formulom O3, je alotrop kiseonika (O2). Molekul ozona se sastoji od tri atoma kiseonika, od kojih je jedan povezan sa druga dva jednostrukom vezom. Ozon se slavi kao "zelena hemikalija", jak oksidans sa četiri glavne funkcije: sterilizacija, dekolorizacija, oksidacija i dezodoracija. Takođe se može pohvaliti prednostima kao što su bez ostataka i sekundarnog zagađenja, što ga čini ekološki prihvatljivom zelenom industrijskom sirovinom.

Ozon ima izuzetno jaku oksidacionu moć, sa redoks potencijalom od 2,07 mV. Ozon oksidira organsku materiju na dva načina: prvo, molekuli ozona selektivno direktno oksidiraju organsku materiju, tj. direktna oksidacija, ali je brzina reakcije relativno spora; drugo, brzo oksidira organsku materiju ne-selektivno preko hidroksilnih radikala (·OH) nastalih sopstvenom razgradnjom, tj. indirektnom oksidacijom. U stvarnim reakcijama tretmana vode, efikasnost ozona u uklanjanju organske materije je superpozicija direktne i indirektne oksidacije, a stepen do kojeg se te dve reakcije odvijaju zavisi od različitih uslova reakcije. Indirektna oksidacija je također poznata kao napredna tehnologija oksidacije.

Ozon se može pripremiti različitim metodama. U oblasti tretmana vode se obično koristi visoko-tiho pražnjenje. Sirovine za proizvodnju ozona su uglavnom vazduh ili kiseonik. Kada se kao izvor plina koristi zrak, sadržaj ozona je samo oko 1%, dok kada se koristi kisik, koncentracija ozona može doseći 10% (po masi) ili više.

Tehnologija oksidacije jednog ozona ima značajna ograničenja: pojedinačni ozon ne može oksidirati neka neposlušna organska jedinjenja, kao što je hloroform; pojedinačna oksidacija ozona ne može u potpunosti razgraditi organsku materiju na ugljični dioksid i vodu, a teško je postići visoku efikasnost uklanjanja COD-a. Napredna tehnologija oksidacije ozona, poznata i kao tehnologija duboke oksidacije, karakterizira stvaranje visoko oksidirajućih hidroksilnih radikala (·OH) (redoks potencijal hidroksilnih radikala (·OH) je 2,80 V, drugi nakon fluora). U uslovima reakcije kao što su visoka temperatura, visoki pritisak, struja, zvuk, zračenje svjetlosti i katalizatori, oksidira velike, neposlušne organske molekule u nisko-toksične ili ne-netoksične male molekule.

1) Tehnologija fotokatalitičke oksidacije ozona

Fotokatalitička oksidacija ozona ne koristi ozon za direktnu reakciju s organskom tvari. Umjesto toga, koristi aktivni sekundarni oksidans (·OH) koji nastaje razgradnjom ozona pod ultraljubičastim svjetlom za oksidaciju organske tvari. Sama reakcija između ozona i organske tvari je selektivna i ne može u potpunosti razgraditi organsku tvar na ugljični dioksid i vodu. Da bi se poboljšala brzina oksidacije i efikasnost ozona, moraju se usvojiti druge mjere za promoviranje razgradnje ozona kako bi se stvorio aktivni ·OH.

2) Tehnologija homogene katalitičke oksidacije ozona

Katalizatori koji se koriste u homogenoj katalitičkoj ozonizaciji su uglavnom prelazni metali, kao što su Fe(II), Mn(II), Ni(II), Co(II), Cd(II), Cu(II), Ag(I), Cr(III) i Zn(II). Precizno (mikro-doza, ppb nivo) dodavanje jona koji katalizuju ozon- u otpadnu vodu postiže se kontrolom snage, dovršavajući naprednu reakciju oksidacije koja stvara hidroksilne radikale za uklanjanje neposlušnih organskih zagađivača iz otpadne vode.

3) Tehnologija heterogene katalitičke oksidacije ozona

Ova tehnologija obično koristi čvrsti nosač oksidansa (često sastavljen od glinice ili sintetičkog zeolita). Pod djelovanjem katalizatora, ozon se razgrađuje i stvara visoko oksidirajuće hidroksilne radikale (·OH), čime se razgrađuju organski zagađivači u vodi.

Postrojenje za prečišćavanje komunalnih otpadnih voda projektovano je za 100.000 tona dnevno, ali njegov stvarni kapacitet prečišćavanja je 90.000 tona dnevno. Da bi se ispunili standardi emisije COD (manje ili jednako 40 mg/L), koristi se tehnologija homogene katalitičke oksidacije ozona koja koristi tri generatora ozona (svaki kapaciteta 42 kg/h, dva u radu i jedan u stanju pripravnosti). Tok procesa je sljedeći: generator ozona → stvara plin ozon → transportira ga kroz cjevovode do ulaza mlazne pumpe → otapa se u otpadnoj vodi putem ubrizgavanja mlaza → stvara ·OH pod djelovanjem homogenog katalizatora → završava reakciju oksidacije u rezervoaru za katalitičku oksidaciju ozona.

1) Učinak degradacije i dekolorizacije COD-a

Kapacitet tretmana otpadnih voda: 90.000 tona/dan. Trenutno je u funkciji jedan generator ozona, podešen na 40 kg/h, sa stvarnom stopom proizvodnje od 34 kg/h (brzina protoka ozona x koncentracija ozona). Doza ozona je 9,1 mg/L. Ovo smanjuje COD sa 45 na 30 mg/L i boju sa 40 na 5, postižući usklađenost efluenta sa "Standardom za ispuštanje glavnih zagađivača vode za postrojenja za prečišćavanje gradskih otpadnih voda" (DB33/2169-2018).

2) Potrošnja energije

Iako je ozon poznat po svojim zelenim i ekološki prihvatljivim svojstvima, visoka potrošnja energije i operativni troškovi povezani s njegovom proizvodnjom su nesporni. Kada se koristi zrak kao izvor plina, potrošnja energije je približno 20 kWh/kg ozona; kada se koristi kisik kao izvor plina, potrošnja energije je približno 10 kWh/kg ozona. Na osnovu stvarnog rada-na licu mjesta, potrošnja energije je 13 kWh/kg ozona ljeti i 11 kWh/kg ozona zimi. Zbog visokih vanjskih temperatura ljeti, za hlađenje generatora ozona potreban je rashladni uređaj, dok je zimi potrebno uključiti samo pločasti izmjenjivač topline kako bi se osigurao normalan rad.