Sự phát triển của công nghệ ozone (O3) đã mở ra những phương pháp mới trong lĩnh vực xử lý nước sinh hoạt, nước tinh khiết đóng chai, xử lý nước thải công nghiệp, nước bể bơi thương mại & nuôi trồng thủy sản, đặc biệt ứng dụng ozone trong quá trình khử trùng nước giai đoạn cuối. Trên thực tế, khí Ozone có thể diệt hầu hết vi sinh vật, ví dụ như : Giardia lamblia (bệnh nhiễm trùng ruột non do Giardia) và Cryptosporidium (bệnh về đường hô hấp : ho dai dẳng và tiêu hóa : tiêu chảy), đồng thời giảm thiểu sự hình thành các sản phẩm phụ halogen trong quá trình khử trùng bằng Clo.
Các ứng dụng của máy ozone trong xử lý nước đã phát triển từ rất sớm, bao gồm quá trình oxy hóa sắt, mangan, sulfide, xyanua và nitrite trong thải công nghiệp cũng như các hợp chất hữu cơ như phenol và một số loại thuốc trừ sâu và chất hữu cơ thải ra trong chất thải công nghiệp.
Tiền đề giúp công nghệ ozone được sử dụng trong hệ thống xử lý nước uống
Trước đây, việc sử dụng ozone để xử lý nước uống ở Hoa Kỳ được giới hạn trong kiểm soát mùi vị và mùi hôi. Kể từ khi Đạo luật nước uống an toàn SDWA được sửa đổi, EPA yêu cầu kiểm soát các vi sinh vật mới trong nguồn cung cấp nước như Giardia lamblia (sinh vật đơn bào) và virus gây bệnh đường ruột. Mặc dù các sinh vật này có thể được kiểm soát bằng clo, nhưng lượng clo tăng lên sẽ tạo ra lượng sản phẩm phụ khử trùng bằng halogen. Kết quả là các nhà nghiên cứu đã quan tâm và tìm hiểu các chất khử trùng thay thế, đặc biệt tập trung vào ozone và Clo dioxide (ClO2).
Sản phẩm phụ của quá trình ozone hóa
Hầu hết các sản phẩm phụ sau quá trình ozone hóa chứa nhiều oxy hơn các hợp chất gốc của chúng, do vậy mà nó ít độc hại và dễ phân hủy sinh học hơn các nguyên liệu ban đầu. Thông thường, các sản phẩm phụ hữu cơ được hình thành bởi bất kỳ tác nhân oxy hóa mạnh nào được thêm vào nước (clo, clo dioxide, ozone) bao gồm axit hữu cơ, aldehyd, ketone, alcehyd, axit aldehyd, axit keto, axit-rượu,…
Ozone có ưu thể hơn Clo bởi khả năng oxy hóa mạnh và các chất hữu cơ bị nó oxy hóa dễ dàng được khoáng hóa (ví dụ, được chuyển đổi thành carbon dioxide và nước trong quá trình lọc sinh học), trong khi Clo dư không thể làm điều đó.
Mặc dù hình thành các sản phẩm phụ sau quá trình oxy hóa các chất keo humic tự nhiên nhưng điều này lại tạo nên một lợi thế. Các chất hữu cơ được tạo ra trong quá trình ozone hóa có cấu trúc đơn giản hơn các humics gốc, chất hữu cơ đơn giản này dễ dàng được chuyển đổi thành carbon dioxide và nước. Một khi các hợp chất hữu cơ đơn giản được tạo ra từ quá trình oxy hóa này được loại bỏ khỏi nước bằng công nghệ ozone thì nhu cầu sử dụng clo cũng thấp hơn nhiều lần so với trước đây.
Ozone góp phần thúc đẩy quy trình Oxy hóa nâng cao (AOP)
Thuật ngữ oxy hóa nâng cao đã được tạo ra để mô tả một số quá trình mà các gốc tự do hydroxyl (-OH) được tạo ra và gần như có thể oxy hóa bất kỳ hợp chất nào trong nước. Gốc -OH một khi được hình thành sẽ phản ứng nhanh chóng, các chất gây ô nhiễm phá vỡ nhanh chóng và hiệu quả, chuyển thành các phân tử vô cơ nhỏ. Các gốc hydroxyl được tạo ra với sự trợ giúp của một hoặc nhiều chất oxy hóa chính như ozone, hydro peroxide, oxy và các nguồn năng lượng như tia cực tím, hoặc chất xúc tác như titan dioxide. Khi được áp dụng trong điều kiện được điều chỉnh hợp lý, AOP có thể giảm nồng độ chất gây ô nhiễm từ vài trăm ppm xuống dưới 5ppb và do đó làm giảm đáng kể COD và TOC, vì vậy mà nó được tận dụng trong nhiều quy trình xử lý nước.
- Quá trình tạo ra gốc OH : H202 + 3O3 -> 2(-OH) + 3O2
Quy trình AOP đặc biệt hữu ích để làm sạch các vật liệu sinh học độc hại hoặc hợp chất không phân hủy như dầu thơm, thuốc trừ sâu , thành phần dầu mỏ và các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi trong nước thải. Các chất ô nhiễm trải qua quá trình khoáng hóa, được chuyển đổi ở mức độ lớn thành các hợp chất vô cơ ổn định, cơ bản như nước, carbon dioxide và muối. Khả năng và hiệu quả oxy hóa cao của AOP làm nó trở thành một kỹ thuật phổ biến trong xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ và vô cơ.
Sự quan tâm ngày càng tăng đối với việc tái sử dụng nước và các quy định nghiêm ngặt liên quan đến ô nhiễm nước, hình thành lên các mô hình AOP ở quy mô đầy đủ, toàn diện hơn.
Kết luận : AOP nắm giữ một số lợi thế lớn trong lĩnh vực xử lý nước:
- Do khả năng phản ứng đáng chú ý của gốc -OH, nó phản ứng với hầu hết mọi chất gây ô nhiễm. Do đó, AOP được áp dụng nhiều trường hợp & giải pháp xử lý nước khác nhau.
- Một số kim loại nặng cũng có thể được loại bỏ ở dạng kết tủa.
- Trong một số thiết kế về quy trình oxy hóa nâng cao, nó có thể đạt được hiệu quả khử trùng tối đa, điều này làm cho AOP trở thành một giải pháp thích hợp giải quyết nhiều vấn đề liên quan đến chất lượng nước.
- Vì sản phẩm khử hoàn toàn của gốc -OH là H2O, về mặt lý thuyết, AOP không đưa bất kỳ chất độc hại mới nào vào nước.
