Nemůžete snížit COD nebo odstranit barvu? Ozonová pokročilá oxidační technologie nabízí řešení

Ozon s molekulárním vzorcem O3 je alotrop kyslíku (O2). Molekula ozonu se skládá ze tří atomů kyslíku, z nichž jeden je spojen s dalšími dvěma jednoduchou vazbou. Ozon je oslavován jako „zelená chemikálie“, silný oxidant se čtyřmi hlavními funkcemi: sterilizace, odbarvování, oxidace a deodorizace. Může se také pochlubit výhodami, jako jsou žádné zbytky a žádné sekundární znečištění, což z něj činí ekologickou zelenou průmyslovou surovinu.

Ozon má extrémně silnou oxidační sílu s redoxním potenciálem 2,07 mV. Ozon oxiduje organickou hmotu dvěma způsoby: za prvé, molekuly ozonu selektivně oxidují organickou hmotu přímo, tj. přímou oxidací, ale reakční rychlost je relativně pomalá; za druhé, rychle neselektivně oxiduje organickou hmotu prostřednictvím hydroxylových radikálů (·OH) generovaných vlastním rozkladem, tj. nepřímou oxidací. Ve skutečných reakcích na úpravu vody je účinnost ozonu při odstraňování organické hmoty superpozicí přímé a nepřímé oxidace a rozsah, v jakém tyto dvě reakce probíhají, závisí na různých reakčních podmínkách. Nepřímá oxidace je také známá jako pokročilá oxidační technologie.

Ozon lze připravit různými metodami. V oblasti úpravy vody se běžně používá vysokonapěťový-tichý výboj. Surovinou pro výrobu ozonu je především vzduch nebo kyslík. Při použití vzduchu jako zdroje plynu je obsah ozonu pouze asi 1 %, zatímco při použití kyslíku může koncentrace ozonu dosáhnout 10 % (hmotnostních) nebo vyšší.

Technologie oxidace jedním ozónem má významná omezení: jediný ozón nemůže oxidovat některé odolné organické sloučeniny, jako je chloroform; jediná oxidace ozónu nemůže zcela rozložit organickou hmotu na oxid uhličitý a vodu a je obtížné dosáhnout vysoké účinnosti odstraňování CHSK. Pokročilá technologie oxidace ozónu, známá také jako technologie hluboké oxidace, se vyznačuje tvorbou vysoce oxidujících hydroxylových radikálů (·OH) (redoxní potenciál hydroxylových radikálů (·OH) je 2,80 V, druhý po fluoru). Za reakčních podmínek, jako je vysoká teplota, vysoký tlak, elektřina, zvuk, světelné záření a katalyzátory, oxiduje velké, nepoddajné organické molekuly na malé-toxické nebo ne-toxické malé molekuly.

1) Technologie fotokatalytické oxidace ozonem

Fotokatalytická oxidace ozónem nevyužívá ozón k přímé reakci s organickou hmotou. Místo toho využívá aktivní sekundární oxidant (·OH) generovaný rozkladem ozonu pod ultrafialovým světlem k oxidaci organické hmoty. Samotná reakce mezi ozonem a organickou hmotou je selektivní a nemůže zcela rozložit organickou hmotu na oxid uhličitý a vodu. Aby se zlepšila rychlost oxidace a účinnost ozonu, musí být přijata další opatření na podporu rozkladu ozonu za vzniku aktivního ·OH.

2) Technologie homogenní katalytické oxidace ozónem

Katalyzátory používané při homogenní katalytické ozonizaci jsou obecně přechodné kovy, jako je Fe(II), Mn(II), Ni(II), Co(II), Cd(II), Cu(II), Ag(I), Cr(III) a Zn(II). Přesného (mikro-dávka, úroveň ppb) přidávání iontů katalyzujících ozón-do odpadní vody je dosaženo řízením výkonu, čímž se dokončuje pokročilá oxidační reakce, která generuje hydroxylové radikály k odstranění odolných organických znečišťujících látek z odpadní vody.

3) Technologie heterogenní katalytické oxidace ozónem

Tato technologie typicky používá pevný oxidační nosič (často složený z oxidu hlinitého nebo syntetického zeolitu). Působením katalyzátoru se ozón rozkládá a vytváří vysoce oxidující hydroxylové radikály (·OH), čímž dochází k degradaci organických znečišťujících látek ve vodě.

Městská čistírna odpadních vod je dimenzována na 100 000 t/den, ale její skutečná kapacita čištění je 90 000 t/den. Pro splnění emisních norem CHSK (méně než nebo rovno 40 mg/l) se používá technologie homogenní katalytické oxidace ozónu, která využívá tři generátory ozonu (každý s kapacitou 42 kg/h, dva v provozu a jeden v pohotovostním režimu). Průběh procesu je následující: generátor ozonu → generuje plynný ozón → dopravuje jej potrubím do vstupu tryskového čerpadla → rozpouští se v odpadní vodě pomocí tryskového vstřikování → generuje ·OH působením homogenního katalyzátoru → dokončuje oxidační reakci v nádrži pro katalytickou oxidaci ozónu.

1) Výkonnost degradace a odbarvování CHSK

Kapacita čištění odpadních vod: 90 000 tun/den. V současné době je v provozu jeden generátor ozonu, nastavený na 40 kg/h, se skutečnou rychlostí výroby 34 kg/h (průtok ozonu x koncentrace ozonu). Dávka ozonu je 9,1 mg/l. Tím se snižuje CHSK ze 45 na 30 mg/l a barva ze 40 na 5, čímž je dosaženo souladu s „Standardem vypouštění hlavních znečišťujících látek pro městské čistírny odpadních vod“ (DB33/2169-2018).

2) Spotřeba energie

Zatímco ozon je známý pro své zelené a ekologické vlastnosti, vysoká spotřeba energie a provozní náklady spojené s jeho výrobou jsou nepopiratelné. Při použití vzduchu jako zdroje plynu je spotřeba energie přibližně 20 kWh/kg ozónu; při použití kyslíku jako zdroje plynu je spotřeba energie přibližně 10 kWh/kg ozónu. Na základě skutečného-provozu na místě je spotřeba energie 13 kWh/kg ozónu v létě a 11 kWh/kg ozónu v zimě. Kvůli vysokým venkovním teplotám v létě je pro chlazení generátoru ozonu potřeba chladič, zatímco v zimě je pro zajištění normálního provozu potřeba zapnout pouze deskový výměník tepla.