1. ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับโอโซน
โอโซนซึ่งมีสูตรโมเลกุล O3 คือองค์ประกอบของออกซิเจน (O2) โมเลกุลโอโซนประกอบด้วยอะตอมออกซิเจนสามอะตอม ซึ่งหนึ่งในนั้นเชื่อมต่อกับอีกสองอะตอมด้วยพันธะเดี่ยว โอโซนได้รับการยกย่องว่าเป็น "สารเคมีสีเขียว" ซึ่งเป็นสารออกซิแดนท์อย่างแรงโดยมีหน้าที่หลัก 4 ประการ ได้แก่ การฆ่าเชื้อ การลดสี การออกซิเดชัน และการกำจัดกลิ่น นอกจากนี้ยังมีข้อดีเช่นไม่มีสารตกค้างและไม่มีมลพิษทุติยภูมิ ทำให้เป็นวัตถุดิบอุตสาหกรรมสีเขียวที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม
โอโซนมีฤทธิ์ออกซิไดซ์ที่แรงมาก โดยมีศักย์รีดอกซ์อยู่ที่ 2.07 mV โอโซนออกซิไดซ์อินทรียวัตถุได้สองวิธี วิธีแรก โมเลกุลของโอโซนเลือกออกซิไดซ์อินทรียวัตถุโดยตรง กล่าวคือ ออกซิเดชันโดยตรง แต่อัตราการเกิดปฏิกิริยาค่อนข้างช้า ประการที่สอง มันจะออกซิไดซ์อินทรียวัตถุอย่างรวดเร็วโดยไม่ได้-คัดเลือกผ่านอนุมูลไฮดรอกซิล (·OH) ที่เกิดจากการสลายตัวของมันเอง กล่าวคือ ออกซิเดชันทางอ้อม ในปฏิกิริยาบำบัดน้ำจริง ประสิทธิภาพของโอโซนในการกำจัดอินทรียวัตถุคือการซ้อนทับของการเกิดออกซิเดชันทั้งทางตรงและทางอ้อม และขอบเขตที่ปฏิกิริยาทั้งสองนี้จะเกิดขึ้นจะขึ้นอยู่กับสภาวะของปฏิกิริยาที่แตกต่างกัน ออกซิเดชันทางอ้อมเรียกอีกอย่างว่าเทคโนโลยีออกซิเดชันขั้นสูง
2. การเตรียมโอโซน
โอโซนสามารถเตรียมได้หลายวิธี ในด้านการบำบัดน้ำ โดยทั่วไปจะใช้การคายประจุแบบเงียบด้วยแรงดันไฟฟ้าสูง- วัตถุดิบในการผลิตโอโซนส่วนใหญ่เป็นอากาศหรือออกซิเจน เมื่อใช้อากาศเป็นแหล่งก๊าซ ปริมาณโอโซนจะอยู่ที่ประมาณ 1% เท่านั้น ในขณะที่เมื่อใช้ออกซิเจน ความเข้มข้นของโอโซนจะสูงถึง 10% (โดยมวล) หรือสูงกว่านั้น
3. เทคโนโลยีโอโซนออกซิเดชันขั้นสูง
เทคโนโลยีออกซิเดชันของโอโซนเดี่ยวมีข้อจำกัดที่สำคัญ: โอโซนเดี่ยวไม่สามารถออกซิไดซ์สารประกอบอินทรีย์ที่ไม่เสถียรบางชนิดได้ เช่น คลอโรฟอร์ม; การออกซิเดชันของโอโซนเดี่ยวไม่สามารถสลายอินทรียวัตถุให้เป็นคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำได้อย่างสมบูรณ์ และเป็นเรื่องยากที่จะบรรลุประสิทธิภาพในการกำจัด COD ที่สูง เทคโนโลยีออกซิเดชันของโอโซนขั้นสูงหรือที่เรียกว่าเทคโนโลยีออกซิเดชันแบบลึกนั้นมีลักษณะพิเศษคือการสร้างอนุมูลไฮดรอกซิล (·OH) ที่เกิดออกซิไดซ์สูง (ศักย์รีดอกซ์ของอนุมูลไฮดรอกซิล (·OH) คือ 2.80V รองจากฟลูออรีนเท่านั้น) ภายใต้สภาวะของปฏิกิริยา เช่น อุณหภูมิสูง ความดันสูง ไฟฟ้า เสียง การฉายรังสีด้วยแสง และตัวเร่งปฏิกิริยา สารดังกล่าวจะออกซิไดซ์โมเลกุลอินทรีย์ขนาดใหญ่ที่ดื้อรั้นให้กลายเป็นโมเลกุลขนาดเล็ก-เป็นพิษหรือ-ที่ไม่เป็นพิษ
1) เทคโนโลยีโฟโตแคตาไลติกโอโซนออกซิเดชัน
ปฏิกิริยาออกซิเดชันของโอโซนด้วยแสงไม่ใช้โอโซนเพื่อทำปฏิกิริยาโดยตรงกับอินทรียวัตถุ แต่จะใช้สารออกซิแดนท์ทุติยภูมิแบบแอคทีฟ (·OH) ที่เกิดจากการสลายตัวของโอโซนภายใต้แสงอัลตราไวโอเลตเพื่อออกซิไดซ์สารอินทรีย์ ปฏิกิริยาระหว่างโอโซนกับอินทรียวัตถุเพียงอย่างเดียวนั้นเป็นปฏิกิริยาเฉพาะเจาะจงและไม่สามารถสลายอินทรียวัตถุให้เป็นคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำได้อย่างสมบูรณ์ เพื่อปรับปรุงอัตราการออกซิเดชันและประสิทธิภาพของโอโซน ต้องใช้มาตรการอื่นๆ เพื่อส่งเสริมการสลายตัวของโอโซนเพื่อสร้าง ·OH ที่แอคทีฟ
2) เทคโนโลยีออกซิเดชันโอโซนเร่งปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกัน
ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ในการเร่งปฏิกิริยาโอโซนแบบเร่งปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกันโดยทั่วไปคือโลหะทรานซิชัน เช่น Fe(II), Mn(II), Ni(II), Co(II), Cd(II), Cu(II), Ag(I), Cr(III) และ Zn(II) การเติมโอโซนที่แม่นยำ (ขนาดจิ๋ว- ระดับ ppb)-ในการเร่งปฏิกิริยาไอออนไปยังน้ำเสียทำได้โดยการควบคุมพลังงาน ทำให้เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันขั้นสูงที่สร้างอนุมูลไฮดรอกซิลเพื่อกำจัดมลพิษอินทรีย์ที่ไม่สงบออกจากน้ำเสีย
3) เทคโนโลยีการเกิดออกซิเดชันของโอโซนแบบเร่งปฏิกิริยาต่างกัน
โดยทั่วไปเทคโนโลยีนี้จะใช้ตัวพาสารออกซิแดนท์ที่เป็นของแข็ง (มักประกอบด้วยอลูมินาหรือซีโอไลต์สังเคราะห์) ภายใต้การกระทำของตัวเร่งปฏิกิริยา โอโซนจะสลายตัวเพื่อสร้างอนุมูลไฮดรอกซิล (·OH) ที่เกิดออกซิไดซ์สูง ดังนั้นจึงย่อยสลายสารมลพิษอินทรีย์ในน้ำ
4. การสมัครจริง
โรงบำบัดน้ำเสียเทศบาลได้รับการออกแบบให้รองรับ 100,000 ตัน/วัน แต่ความสามารถในการบำบัดจริงอยู่ที่ 90,000 ตัน/วัน เพื่อให้เป็นไปตามมาตรฐานการปล่อย COD (น้อยกว่าหรือเท่ากับ 40 มก./ลิตร) จึงใช้เทคโนโลยีออกซิเดชันของโอโซนแบบเร่งปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกัน โดยใช้เครื่องกำเนิดโอโซนสามเครื่อง (แต่ละเครื่องมีความจุ 42 กก./ชม. สองเครื่องทำงานและอีกหนึ่งเครื่องอยู่ในโหมดสแตนด์บาย) การไหลของกระบวนการมีดังนี้: เครื่องกำเนิดโอโซน → สร้างก๊าซโอโซน → ลำเลียงผ่านท่อไปยังทางเข้าปั๊มเจ็ท → ละลายในน้ำเสียด้วยการฉีดเจ็ท → สร้าง ·OH ภายใต้การกระทำของตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกัน → ทำปฏิกิริยาออกซิเดชันในถังออกซิเดชันของตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาของโอโซน
1) ประสิทธิภาพการย่อยสลายและการลดสี COD
ความสามารถในการบำบัดน้ำเสีย: 90,000 ตัน/วัน ปัจจุบัน เครื่องผลิตโอโซน 1 เครื่องกำลังทำงานอยู่ ตั้งไว้ที่ 40 กก./ชม. โดยมีอัตราการผลิตจริง 34 กก./ชม. (อัตราการไหลของโอโซน x ความเข้มข้นของโอโซน) ปริมาณโอโซนคือ 9.1 มก./ลิตร ซึ่งช่วยลดค่า COD จาก 45 เหลือ 30 มก./ลิตร และสีจาก 40 เหลือ 5 ส่งผลให้น้ำทิ้งเป็นไปตาม "มาตรฐานการปล่อยมลพิษทางน้ำที่สำคัญสำหรับโรงบำบัดน้ำเสียในเมือง" (DB33/2169-2018)
2) การใช้พลังงาน
แม้ว่าโอโซนจะขึ้นชื่อในด้านคุณสมบัติสีเขียวและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม แต่การใช้พลังงานและต้นทุนการดำเนินงานที่สูงซึ่งเกี่ยวข้องกับการผลิตก็ไม่อาจปฏิเสธได้ เมื่อใช้อากาศเป็นแหล่งก๊าซ จะใช้พลังงานประมาณ 20 kWh/kg โอโซน เมื่อใช้ออกซิเจนเป็นแหล่งก๊าซ จะใช้พลังงานประมาณ 10 kWh/kg โอโซน จากการดำเนินงานจริง-ในไซต์งาน การใช้พลังงานคือโอโซน 13 kWh/kg ในฤดูร้อน และ 11 kWh/kg โอโซนในฤดูหนาว เนื่องจากอุณหภูมิภายนอกอาคารสูงในฤดูร้อน จึงจำเป็นต้องใช้เครื่องทำความเย็นเพื่อทำให้เครื่องกำเนิดโอโซนเย็นลง ในขณะที่ในฤดูหนาว จะต้องเปิดเฉพาะเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นเท่านั้นเพื่อให้แน่ใจว่าการทำงานปกติ
