Cách tính công suất ozone để xử lý nước (Phần 1)

Liên hệ giữa công suất phát ozone (gO₃/h) và nhu cầu ozone (OD) và nhu cầu oxy (COD)

Công suất của một máy phát ozone P (g.O₃/h) là khối lượng khí ozone mà một máy phát có thể tạo ra trong một giờ. Ở đây dùng ký hiệu là P (gO₃/h) và gọi là công suất phát ozone của một máy ozone (trong các tài liệu khác nhau có thể có các tên gọi khác nhau).

Việc chọn công suất phát ozone P cần được tính trên cơ sở phân tích thành phần và chất lượng nguồn nước và sản lượng nước /ngày đêm (lưu lượng nước).

Trong nước, ozone tham gia các phản ứng hóa học với các tạp chất hữu cơ và vô cơ. Các chất vô cơ điển hình trong các nguồn nước là Fe⁺ và Mn⁺. Chúng là các ion, hòa tan trong nước cho nên không lọc được. Ozone oxy hóa (lấy điện tử) các ion Fe²⁺ và Mn²⁺ biến chúng thành Fe³⁺ và Mn³⁺, các ion này kết hợp với OH^- tạo thành các hợp chất kết tủa, lắng xuống đáy, có thể lọc và loại bỏ được.

Yêu cầu ozone (OD): Tương tự như yêu cầu oxy hóa học (COD), lượng oxy cần đưa vào nước để loại bỏ các tạp chất hóa học và sinh học (BOD), lượng oxy mà vi sinh vật tiêu thụ trong một thời gian nhất định, yêu cầu ozone (OD) là lượng ozone cần đưa vào nước để loại bỏ các tạp chất vô cơ và hữu cơ trong nước. Một số con số có thể tham khảo: Để loại bỏ ion Fe⁺ và Mn⁺, cần lượng ozone là 0,44 mg O₃/mg Fe và 0,88 mg O₃/mg Mn. Ozone cũng loại bỏ H₂S với liều lượng 3-4 mg O₃/mg H₂S. Các đại lượng này gọi là yêu cầu ozone (Ozone Demand/OD). Như vậy OD phụ thuộc vào chất lượng nước vì vậy cần phân tích nước, tìm nồng độ Fe⁺, Mn⁺, H₂S... từ đó suy ra OD (yêu cầu ozone cho mục đích khử Fe⁺ và Mn⁺).

Ozone có tính oxy hóa chọn lọc, tức là ozone không oxy hóa mọi hợp chất. Vì vậy việc loại bỏ các tạp chất hữu cơ bằng ozone khó hơn. Ozone có thể phản ứng mạnh, phản ứng yếu với các chất hữu cơ này và không phản ứng với chất hữu cơ khác. Vì vậy, người ta sử dụng đại lượng COD (yêu cầu oxy hóa học) là lượng oxy cần để loại bỏ, oxy hóa các tạp chất hữu cơ lơ lửng trong nước. Vậy COD gián tiếp phản ảnh nồng độ các tạp chất hữu cơ trong nước NOM (các chất hữu cơ tự nhiên do phân hủy các động, thực vật).

Yêu cầu ozone OD để loại bỏ NOM được tính toán một cách trung bình và tổng quát thông qua COD như sau:

OD= 2,5 mgO₃/mg COD.

Ví dụ nước có COD là 5 mg/L, để loại bỏ NOM trong 1 lít nước cần dùng 12,5 mg ozone.

Khi biết yêu cầu ozone OD của nước, có thể tính công suất máy phát ozone (g/h) để loại bỏ các tạp chất vô cơ và hữu cơ. Xin giới thiệu một công thức tính như sau:

Đối với các chất hữu cơ và vô cơ:

P (gO₃/h) ={OD(g/L)/TE (%)}.F (L/h)

Công suất ozone để khử khuẩn:

P(gO₃/h)= {OD (g/L) + CT(g/L.phút)/t(phút)}.F (L/h)

Trong đó: P (gO₃/h) - công suất phát ozone; OD - yêu cầu ozone (g/L); CT (mg.phút/L) - liều lượng ozone cần để diệt khuẩn; lưu lượng F(L/h) - tốc độ lưu chuyển của nước và t - thời gian tiếp xúc giữa ozone và đối tượng cần xử lý (khuẩn, các tạo chất).

TE: hiệu suất hòa tan ozone vào nước (Transfer Efficiency)
TE, %) ={(Ozone vào) – (Ozone ra)}/(Ozone vào). TE có thể đạt
85-95% nếu nồng độ ozone trong máy phát cao 10-14%.

Nói chung, OD trong xử lý nước là 1-2 mg/L (1-2 ppm), thời gian ~15 phút và giữ ozone dư trong nước là ~0,3-0,5 ppm.

Trong thực tế sản xuất nước, cần tiến hành phân tích thành phần nước, bao gồm cả chỉ số COD và tiến hành ozone hóa trong phòng thí nghiệm trước, điều chỉnh các phép tính toán. Sau đó mới áp dụng trong xử lý cho toàn nhà máy. Ngoài ra, chất lượng nước thay đổi theo mùa, vì vậy cần căn chỉnh các thông số theo mùa.