Vai nevarat samazināt COD vai noņemt krāsu? Ozona uzlabotā oksidācijas tehnoloģija piedāvā risinājumu

Ozons ar molekulāro formulu O3 ir skābekļa (O2) allotrops. Ozona molekula sastāv no trim skābekļa atomiem, no kuriem viens ir savienots ar pārējiem diviem ar vienotu saiti. Ozons tiek slavēts kā "zaļā ķīmiskā viela", spēcīgs oksidētājs ar četrām galvenajām funkcijām: sterilizācija, atkrāsošana, oksidēšana un dezodorēšana. Tam ir arī tādas priekšrocības kā bez atliekām un sekundāra piesārņojuma, padarot to par videi draudzīgu zaļo rūpniecisko izejvielu.

Ozonam ir ārkārtīgi spēcīga oksidēšanas spēja ar redokspotenciālu 2,07 mV. Ozons oksidē organiskās vielas divos veidos: pirmkārt, ozona molekulas selektīvi oksidē organiskās vielas tieši, ti, tiešā oksidācijā, bet reakcijas ātrums ir salīdzinoši lēns; otrkārt, tas ātri oksidē organiskās vielas ne-selektīvi, izmantojot hidroksilradikālus (·OH), ko rada tā paša sadalīšanās, ti, netiešā oksidēšanās. Faktiskās ūdens attīrīšanas reakcijās ozona efektivitāte organisko vielu noņemšanā ir tiešas un netiešas oksidācijas superpozīcija, un šo divu reakciju norises pakāpe ir atkarīga no dažādiem reakcijas apstākļiem. Netiešo oksidēšanu sauc arī par progresīvu oksidācijas tehnoloģiju.

Ozonu var pagatavot, izmantojot dažādas metodes. Ūdens attīrīšanas jomā parasti tiek izmantota augstsprieguma-klusā izlāde. Ozona ražošanas izejvielas galvenokārt ir gaiss vai skābeklis. Kad gaiss tiek izmantots kā gāzes avots, ozona saturs ir tikai aptuveni 1%, savukārt, izmantojot skābekli, ozona koncentrācija var sasniegt 10% (masas) vai vairāk.

Viena ozona oksidēšanas tehnoloģijai ir būtiski ierobežojumi: viens ozons nevar oksidēt dažus nepaklausīgus organiskos savienojumus, piemēram, hloroformu; Viena ozona oksidēšana nevar pilnībā sadalīt organiskās vielas oglekļa dioksīdā un ūdenī, un ir grūti sasniegt augstu ĶSP noņemšanas efektivitāti. Uzlabotā ozona oksidācijas tehnoloģija, kas pazīstama arī kā dziļās oksidācijas tehnoloģija, raksturojas ar ļoti oksidējošu hidroksilradikāļu (·OH) ģenerēšanu (hidroksilradikāļu (·OH) redokspotenciāls ir 2,80 V, kas ir otrajā vietā pēc fluora). Reakcijas apstākļos, piemēram, augstā temperatūrā, augsts spiediens, elektrība, skaņa, gaismas starojums un katalizatori, tas oksidē lielas, pretrunīgas organiskās molekulas, veidojot zemas -toksiskas vai netoksiskas mazas molekulas.

1) Fotokatalītiskā ozona oksidācijas tehnoloģija

Fotokatalītiskā ozona oksidēšana neizmanto ozonu, lai tiešā veidā reaģētu ar organiskām vielām. Tā vietā tas izmanto aktīvo sekundāro oksidētāju (·OH), ko rada ozona sadalīšanās ultravioletajā gaismā, lai oksidētu organiskās vielas. Reakcija starp ozonu un organiskajām vielām vien ir selektīva un nevar pilnībā sadalīt organiskās vielas oglekļa dioksīdā un ūdenī. Lai uzlabotu ozona oksidācijas ātrumu un efektivitāti, ir jāveic citi pasākumi, lai veicinātu ozona sadalīšanos, lai radītu aktīvo ·OH.

2) Homogēna katalītiskā ozona oksidācijas tehnoloģija

Homogēnajā katalītiskajā ozonēšanā izmantotie katalizatori parasti ir pārejas metāli, piemēram, Fe(II), Mn(II), Ni(II), Co(II), Cd(II), Cu(II), Ag(I), Cr(III) un Zn(II). Precīza (mikro-deva, ppb līmenis) ozona-katalizējošo jonu pievienošana notekūdeņiem tiek panākta ar jaudas kontroli, pabeidzot progresīvo oksidācijas reakciju, kas ģenerē hidroksilradikāļus, lai no notekūdeņiem noņemtu nepaklausīgos organiskos piesārņotājus.

3) Heterogēnā katalītiskā ozona oksidācijas tehnoloģija

Šajā tehnoloģijā parasti izmanto cietu oksidantu nesēju (bieži sastāv no alumīnija oksīda vai sintētiskā ceolīta). Katalizatora iedarbībā ozons sadalās, veidojot ļoti oksidējošus hidroksilradikāļus (·OH), tādējādi sadalot ūdenī esošos organiskos piesārņotājus.

Komunālās notekūdeņu attīrīšanas iekārtas ir paredzētas 100 000 tonnu/diennaktī, bet to faktiskā attīrīšanas jauda ir 90 000 tonnu/dienā. Lai izpildītu ĶSP emisijas standartus (mazāk par vai vienāds ar 40mg/L), tiek izmantota viendabīga katalītiskā ozona oksidācijas tehnoloģija, kurā tiek izmantoti trīs ozona ģeneratori (katrs ar jaudu 42kg/h, divi darbojas un viens gaidīšanas režīmā). Procesa plūsma ir šāda: ozona ģenerators → ģenerē ozona gāzi → transportē to pa cauruļvadiem uz strūklas sūkņa ieplūdi → ar strūklas iesmidzināšanu izšķīst notekūdeņos → homogēna katalizatora iedarbībā rada ·OH → pabeidz oksidācijas reakciju ozona katalītiskās oksidācijas tvertnē.

1) ĶSP degradācijas un atkrāsošanās veiktspēja

Notekūdeņu attīrīšanas jauda: 90 000 tonnu/dienā. Šobrīd darbojas viens ozona ģenerators, kas iestatīts uz 40 kg/h, ar faktisko ražošanas ātrumu 34 kg/h (ozona plūsmas ātrums x ozona koncentrācija). Ozona deva ir 9,1 mg/l. Tas samazina ĶSP no 45 līdz 30 mg/L un krāsu no 40 līdz 5, panākot notekūdeņu atbilstību "Galveno ūdens piesārņojošo vielu izplūdes standartam pilsētas notekūdeņu attīrīšanas iekārtās" (DB33/2169-2018).

2) Enerģijas patēriņš

Lai gan ozons ir pazīstams ar savām zaļajām un videi draudzīgajām īpašībām, ar tā ražošanu saistītais lielais enerģijas patēriņš un ekspluatācijas izmaksas ir nenoliedzamas. Izmantojot gaisu kā gāzes avotu, enerģijas patēriņš ir aptuveni 20 kWh/kg ozona; izmantojot skābekli kā gāzes avotu, enerģijas patēriņš ir aptuveni 10 kWh/kg ozona. Pamatojoties uz faktisko darbību uz vietas, enerģijas patēriņš ir 13 kWh/kg ozona vasarā un 11 kWh/kg ozona ziemā. Tā kā vasarā ir augsta āra temperatūra, ozona ģeneratora dzesēšanai ir nepieciešams dzesētājs, savukārt ziemā, lai nodrošinātu normālu darbību, ir jāieslēdz tikai plākšņu siltummainis.