ỨNG DỤNG CỦA OZONE TRONG XỬ LÝ NƯỚC UỐNG

Do có tính khử trùng và oxy hóa cao, ozone được sử dụng rộng rãi để xử lý nước uống . Ozone có thể được tiêm vào một số điểm trên toàn hệ thống xử lý, chẳng hạn như trong thời gian trước quá trình oxy hóa, quá trình oxy hóa trung gian hoặc quá trình khử trùng . Thông thường, ozone được khuyến khích để sử dụng trong quá trình khử trùng, sau khi lọc qua hệ lọc RO nước được tiêm ozone vào để loại bỏ khuẩn và chống tái nhiễm khuẩn.

Sự kết hợp này có một số lợi ích: 

• Loại bỏ các chất hữu cơ và vô cơ 
• Loại bỏ các vi chất gây ô nhiễm, chẳng hạn như thuốc trừ sâu
• Tăng cường khử trùng và giảm các sản phẩm phụ khử trùng
• Loại bỏ mùi và vị từ các chất hữu cơ và vô cơ .

Tất cả các nguồn nước có chứa chất hữu cơ tự nhiên (NOM). Nồng độ (thường được đo như hòa tan hữu cơ cacbon, DOC) khác nhau từ 0,2 đến hơn 10 mg L-1. NOM tạo ra vấn đề trực tiếp, chẳng hạn như mùi và vị trong nước, mà còn là vấn đề gián tiếp hình thành nên sản phẩm phụ, hỗ trợ tạo vi khuẩn trong quá trình xử lý nước…. Để sản xuất nước uống tinh khiết, loại bỏ NOM là một nhiệm vụ ưu tiên trong xử lý nước. Hiện nay Ozone, giống như bất kỳ chất oxy hóa khác, không thể xử lý hoàn toàn NOM.Chất hữu cơ một phần được oxy hóa và trở nên dễ phân hủy hơn. Điều này dẫn đến BDOC (DOC phân hủy sinh học). Kết quả là, ozone cải thiện quá trình loại bỏ bộ lọc NOM sau đó, khi nó được sử dụng như là một chất oxy hóa. Trong một bài nghiên cứu của Siddiqiui et al.Tác động của ozone kết hợp với một bộ lọc sinh học được mô tả. Việc điều trị kết hợp dẫn đến giảm 40-60% DOC.Việc loại bỏ thậm chí còn cao hơn khi ozone được sử dụng kết hợp với một chất kết tủa. Điều này là do khí ozone có thể tăng cường quá trình keo tụ. Kết quả lọc kết hợp keo tụ ozone sinh học làm giảm DOC 64%. Khi chỉ lọc sinh học được áp dụng, tỷ lệ giảm là chỉ có 13%. Tỉ lệ nồng độ tối ưu để loại bỏ các chất hữu cơ bằng ozone là :O 3 / DOC = 1 mg / mg. Chất vô cơ Hầu hết có thể được loại bỏ bằng ozone khá nhanh. Sau khi ozone hóa, lọc sinh học cũng được yêu cầu cho các chất vô cơ. Cụ thể, các hình thức oxy hóa các hợp chất không hòa tan cần phải được loại bỏ trong quá trình tiếp theo của quá trình lọc nước . Thuốc trừ sâu gây ô nhiễm vi mô nó có thể xuất hiện ở nước bề mặt, nhưng ngày càng có nhiều trong nước ngầm. Tiêu chuẩn nước uống cho thuốc trừ sâu trong Liên minh châu Âu rất nghiêm ngặt:. 0,1 mg l-1 cho mỗi hợp chất. Một số điều tra cho rằng ozone rất hiệu quả cho quá trình oxy hóa của một số loại thuốc trừ sâu. Tại một nhà máy xử lý nước ở zevenbergen (Hà Lan) nó đã được chứng minh rằng ba bộ lọc (bể chưa -> ozon hóa -> lọc than hoạt tính (GAC lọc)) có hiệu quả và an toàn, đủ để loại bỏ thuốc trừ sâu. Từ 23 thử nghiệm thuốc trừ sâu, 50% bị suy thoái đủ (80% suy thoái). Bảng 1 cho thấy cái nhìn tổng quan của thuốc trừ sâu có thể dễ dàng bị phân hủy bởi ozone. Đối với thuốc trừ sâu có độ bền cao cần có nồng độ ozone lớn hoặc ozone kết hợp với hydrogen peroxide.

Bảng 1: suy thoái của thuốc trừ sâu có thể dễ dàng phân hủy bởi ozone hóa (%)

Giảm các sản phẩm phụ khử trùng và cải thiện khử trùng

Các sản phẩm phụ từ quá trình khử trùng (DBP) chủ yếu được tạo thành trong phản ứng giữa các chất hữu cơ và chất khử trùng. Phản ứng của clo với các chất hữu cơ có thể dẫn đến sự hình thành của clo hữu cơ DBP, như trihalomethanes (THM). Ozone cũng có thể phản ứng với các chất hữu cơ và tạo DBP. Đây là những sản phẩm phụ khử trùng chủ yếu là hữu cơ, chẳng hạn như andehit và xeton, có thể dễ dàng suy thoái trong một bộ lọc sinh học (90-100%). Nói chung, ozone phản ứng với DBP không tạo thành bất kỳ nguy cơ vi phạm các tiêu chuẩn nước uống, khi ozone được sử dụng là một chất chất oxy hóa.

Để giảm số lượng của DBP tại một hệ thống khử trùng thông thường ( khử trùng bằng clo ) điều quan trọng là tiềm năng tạo thành DBP(DBPFP) còn thấp.DBPFP có thể được giảm thiểu bằng việc loại bỏ các (hầu hết các) NOM, ví dụ quá trình oxy hóa với ozone (ozone lọc). Sự kết hợp này có thể hạ thấp DBPFP tới 70-80%, khi clo được sử dụng như một chất khử trùng cuối cùng. Điều này liên quan đến DBPFP cho THM của HAA (axit haloacetic) và hydrat chloral. Ozone là một chất khử trùng hiệu quả hơn so với chlorine, chloramines , và thậm chí cả chlorine dioxide . Một liều ozone của 0,4 mg L-1 trong 4 phút có hiệu quả đối với nước trước khi xử lý (nồng độ NOM thấp) [39]. Một số nghiên cứu đã chứng minh rằng ozone, không giống như các sản phẩm của clo, có thể loại bỏ khả năng kháng vi sinh vật. Tuy nhiên, ozone nhanh chóng phân hủy trong nước.Thời gian trong nước của nó là rất ngắn (ít hơn một giờ). Mùi và vị các hợp chất tạo thành có thể có trong nước thô, nhưng họ cũng có thể được hình thành trong quá trình xử lý nước. Các hợp chất này có thể xuất phát từ sự phân hủy thực vật, nhưng thông thường nó là kết quả từ hoạt động của các sinh vật hiện diện trong nước. Các hợp chất vô cơ như sắt , đồng và kẽm cũng có thể tạo ra một số vị. Một khả năng khác là quá trình oxy hóa hóa học (xử lý clo) dẫn đến mùi hôi khó chịu. Mùi và các hợp chất hương vị hình thành thường rất kháng. Điều này làm cho việc loại bỏ là một quá trình rất chuyên sâu. Đối với việc loại bỏ hương vị và mùi hôi, một số quá trình có thể thích hợp, chẳng hạn như quá trình oxy hóa, thông khí, than hoạt tính (GAC) lọc dạng hạt hoặc lọc cát . Thông thường, sự kết hợp của những kỹ thuật được áp dụng. Ozone có thể oxy hóa các hợp chất trong khoảng 20-90% (phụ thuộc vào loại hợp chất). Ozone hiệu quả hơn cho quá trình oxy hóa của các hợp chất không no. Như trường hợp cho quá trình oxy hóa của thuốc trừ sâu, ozone kết hợp với hydro peroxide (quá trình AOP) là hiệu quả hơn so với một mình ozone. Geosmin và 2-methylisoborneol (MIB) là những ví dụ của các hợp chất có mùi kháng, thường hiện diện trong nước. Chúng được sản xuất từ tảo biển và có mùi và hương vị ngưỡng thấp. Tuy nhiên, ozone vẫn rất hiệu quả trong việc loại bỏ các hợp chất này, xem hình 1.

Hình 1: Loại bỏ các MIB và Geosmin (Colorado nước sông, Mỹ)

Nói chung, cách hiệu quả nhất để loại bỏ hương vị và mùi là một sự kết hợp của quá trình hóa và lọc. Bảng 2 cho thấy một số kết hợp của kỹ thuật để cải thiện mùi vị. Ozone với lọc cát và GAC lọc là sự kết hợp hiệu quả nhất (loại bỏ 82%).

Bảng 2: Ảnh hưởng của ozone và xử lý tiếp theo trên ngưỡng mùi và giảm mùi ở pilot xử lý Saint-Maur (Pháp)