Ozone là một món quà mà tạo hóa đã mang lại cho con người và giúp sự sống trên trái đất được sinh sôi và tồn tai được đến ngày nay
Phát triển công nghệ ozone trên thế giới
Đầu năm 1785, ozone được phát hiện bởi Van Marum (người Hà lan). Năm 1840, Schonbein (người Đức) đặt tên ozone (nhiều tài liệu cho là từ tiếng Hy Lạp "ozein" - nghĩa là không khí trong lành).
Từ đầu 1900, nhiều nước đã sử dụng ozone vào việc sát khuẩn, khử độc, bảo quản thịt cá, thực phẩm đông lạnh, sữa, trứng và các chế phẩm từ chúng; làm sạch nước cấp cho sinh hoạt với công suất lớn như: nhà máy nước ở Schiertein, Wiesbaden, Padenborn (Đức), Nice (1906- Pháp), Maur- Pari (1909- Pháp), Peterburg (1910- Nga), Whiting (1940- Mỹ).
Từ năm 1999, Nhật Bản nghiên cứu sử dụng đồng thời ion âm với ozone trong việc sát khuẩn, cho phép giảm đi 5 lần lượng ozone và vẫn đạt hiệu quả tương đương.
Ngày 26/6/2001, Cục Quản lý Dược và Thực phẩm Mỹ (FDA) cho phép dùng ozone sát khuẩn trực tiếp đối với thực phẩm.
Từ năm 1906, tại Nice – Pháp đã cho khởi công xây dựng nhà máy sản xuất nước tinh khiết đầu tiên sử dụng máy ozone
Tại thành phố Los Angeles, bang California Mỹ cũng có nhà máy xử lý nước uống bằng khí ozone lớn nhất thế giới.
http://www.ozomax.com/Product-Applications/
http://www.lenntech.com/systems/ozone/applications/ozone-applications.htm
http://www.ozonesolutions.com/journal/ozone-applications/
Theo cơ sở dữ liệu Wipsglobal, trên thế thế giới có trên 20.000 sáng chế (SC) đăng ký về ozone. Từ những năm 1890 của thế kỷ 19 đã có SC đăng ký về thiết bị ozone để khử trùng, đến nay có đến 5.109 SC đăng ký về nội dung này. Nhìn chung, lượng SC tăng tương đối đều sau mỗi thập niên, trong đó thập niên sau lượng SC gấp khoảng 3 lần lượng SC trong thập niên trước đó.
Phát triển đăng ký sáng chế liên quan đến ozone trên thế giới
Nguồn: PCCTT - Wipsglobal.
Hiện nay, lượng SC về ứng dụng thiết bị ozone trong thanh trùng, tiệt trùng và xử lý chất thải được đăng ký bảo hộ ở khoảng 38 quốc gia và hai tổ chức WO (Tổ chức Sở hữu Trí tuệ Thế giới) và EP (Cơ quan Sáng chế châu Âu). Anh là quốc gia đầu tiên có SC đăng ký bảo hộ về các nghiên cứu ứng dụng ozone (những năm 1890 của thế kỷ 19). Trong đó, các quốc gia ở khu vực châu Á như Trung Quốc, Nhật, Hàn Quốc mãi đến những năm thập niên 70, 80 của thế kỷ 20 mới có SC đăng ký bảo hộ. Tuy nhiên, đến nay khu vực này lại nắm giữ phần lớn các SC về ozone, chiếm đến 85,6% lượng SC trên thế giới.
Có hơn 5.000 SC đăng ký về ứng dụng thiết bị ozone trong thanh trùng, tiệt trùng và xử lý chất thải. Theo phân loại SC quốc tế (IPC), lượng SC tập trung nhiều vào các lĩnh vực sau: ứng dụng ozone trong xử lý nước, nước thải chiếm nhiều nhất, với 1.490 SC; khử trùng trong y tế, thực phẩm,.. có 1.093 SC; khử trùng không khí có tỉ lệ nhỏ, chỉ 427 SC; còn lại là các lĩnh vực khác.
Đăng ký sáng chế trên thế giới về ozone theo lĩnh vực ứng dụng
Nguồn: PCCTT - Wipsglobal.
Tại Việt Nam, khí Ozone được ứng dụng trong nhiều sản phẩm đặc biệt là sản phẩm máy khử độc thực phẩm ozone và máy lọc nước ozone. Hai loại sản phẩm này hiện nay đang rất được ưa chuộng vì công dụng hữu hiệu của nó đối với cuộc sống của mỗi gia đình.
Ở Việt Nam, ozone nhân tạo đã có nhiều nghiên cứu ứng dụng từ trước năm 1990 chủ yếu trên cơ sở các máy của nước ngoài như Pháp, Canada, Mỹ, Nga … Máy ozone gia dụng và công nghiệp cỡ nhỏ bắt đầu được sản xuất bằng công nghệ nội sinh từ năm 2000.
Những tìm hiểu thú vị về khí ozone
Khí ozone là gì? Khí ozone có cấu tạo như thế nào,tính chất ra sao và có ứng dụng gì cho cuộc sống không? Những tìm hiểm thú vị về khí ozone sau sẽ khiến cho bạn luôn thích thú và bất ngờ.
Từ những bài học đầu tiên trong những năm tháng thơ ấu chúng ta đã được học về những tầng khí quyển, trong đó có tầng ozone. Tầng ozone có nhiều tác dụng và một trong những tác dụng to lớn của tầng ozone đối với trái đất đó là chức năng bảo vệ trái đấy khỏi ảnh hưởng có hại của những tia cực tím ngoài vũ trụ.
Những nguyên tử Ozone là thành phần cấu tạo nên tầng ozone để bảo vệ trái đất. Ozone tồn tại dưới dạng hơi nên con người thường gọi là "khí ozone"
Khí ozone là gì? Khí ozone có cấu tạo như thế nào,tính chất ra sao và có ứng dụng gì cho cuộc sống không? Ozone BKIDT sẽ lần lượt trả lời những câu hỏi thú vị đó cho bạn đọc được tìm hiểu rõ hơn về khí ozone.
1. Khí ozone có cấu tạo như thế nào?
* Tính chất hóa học:
- Ozone có ký hiệu hóa học là O3 - một dạng thù hình của khí oxi, trong phân tử của nó có chứa ba nguyên tử oxi
- Ozone có khả năng oxi hóa mạnh mẽ, mạnh hơn cả Clo, nhưng không bền vững vì nó có thể chuyển hóa thành nguyên tử Oxi và phân tử O2, thời gian phân hủy từ 10 cho đến 30 phút tùy thuộc vào nhiệt độ môi trường, độ PH,các chất có trong môi trường,...
*Tính chất vật lý:
- Trong điều kiện áp suất và nhiệt độ tiêu chuẩn thì ozone là chất khí màu xanh nhạt, ozone dễ hóa lỏng màu xanh thẫm ở -112 độ C, và hóa rắn màu xanh thẫm ở -193 độ C
- Trong điều kiện bình thường Ozone là chất khí không màu, có mùi hơi tanh
2. Khí ozone có tác dụng gì?
+ Tiêu diệt vi khuẩn, vi trùng, virus và các loại nấm mốc.
+ Khử các tế bào ung thư nếu trong giai đoạn đầu, u nang, men và các nấm có hại
+ Oxy hoá sắt, mangan sulfua và hydro sulffua.
+ Khử sạch mùi hôi, loại bỏ dầu mỡ và các chất gây ô nhiễm khác trong nước.
+ Khử mùi trong không khí như khói thuốc lá, mùi hôi, mùi ẩm mốc, mùi điều hòa, mùi thức ăn
+ Làm cho nước sạch sẽ và trong trẻo hơn, mát mẻ hơn, đồng thời loại bỏ đi những ion có hại trong nước
+ Ozone không làm mất màu tóc và quần áo.
+ Ozone không tạo thành các sản phẩm phụ gây ô nhiễm cho nước.
+ Ozone tiêu diệt các mầm vi sinh gây bệnh nước và không khí .
+ Ozone không gây ung thư, thân thiện với môi trường
3. Giải thích những tác dụng của ozone
* Vì sao ozone được ứng dụng để khử trùng rau quả
Vì ozone có khả năng "ly giải tế bào". Trong quá trình hoạt động oxi hóa, ozone sẽ phá vỡ màng tế bào của vi sinh vật và phân tán các tế bào chất của vi khuẩn,q uá trình này diễn ra trong khoảng 5 giây. Vì thế mọi loại vi khuẩn, vi trùng bám trên bề mặt rau củ quả thực phẩm đều bị diệt sạch, không mang mầm mống gây bệnh cho người sử dụng
Nước ozone được sử dụng để khử trùng rau của quả thực phẩm
* Vì sao ozone được ứng dụng trong quá trình khử mùi
Cũng gần tương tự như chức năng khử trùng rau quả, ozone được ứng dụng để khử mùi hôi trong môi trường không khí, O3 sẽ phá vỡ những liên kết của các phân tử mùi khiến cho các loại mùi hôi tanh khó chịu trong không khí hoàn toàn biến mất chỉ trong vòng 50-60 giây. Mặt khác do tính chất oxi hóa cực mạnh nên nó trở nên không bền, dễ dàng bị phân hủy thành oxy phân tử và oxi nguyên tử:
O3->O2 + O
Chính điều này đã giúp bổ sung 1 lượng dưỡng khí O2 cho không khí, giúp không khí thêm thoáng đãng, trong lành hơn
* Vì sao Ozone có thể dùng để tạo nước sạch, nước sát trùng
Ozone oxi hóa mạnh nên có thể loại bỏ những vi khuẩn, ion kim loại nặng và những chất hòa tan có hại trong nước tạo thành những hợp chất vô dụng mà không lấy đi những khoáng chất có lợi trong nước theo nguyên lý "ly giải tế bào". Từ đó đảm bảo nguồn nước ngậm ozone là nước hoàn toàn sạch và vô trùng.
Sử dụng ozone trong sinh hoạt, sản xuất và chăn nuôi
Theo số liệu thống kê, hiện có 9.897 trại chăn nuôi trên toàn quốc. Tuy nhiên, các trại chăn nuôi này thường tạo ra mùi hôi trong quá trình sản xuất, gây bức xúc cho cư dân xung quanh. Một cách hiệu quả xử lý vấn đề này là dùng công nghệ ozone để khử mùi.
Trong quá trình chăn nuôi, khí thải ra bao gồm CO2, NH3, CH4, H2S…, là những loại khí chính gây hiệu ứng nhà kính và tạo mùi hôi khó chịu ảnh hưởng đến các hộ dân xung quanh. Xử lý mùi hôi trong chăn nuôi được coi là một giải pháp song hành với nhiều giải pháp khác nhằm cân bằng giữa nhu cầu sản xuất và nhu cầu được sống trong môi trường sạch của người dân.
Vì sao ozone khử được mùi?
Ozone là một chất khí, có công thức hóa học là O3, không màu, mùi hơi tanh, không bền, có khả năng phân hủy nhanh chóng thành oxy và oxy nguyên tử (O3 → O2 + O). Chính oxy nguyên tử (O) này làm nên tính oxy hóa mạnh mẽ của ozone; O có hoạt tính mạnh gấp nhiều lần Clo, khử sạch tất cả các loại vi khuẩn, nấm mốc trong khu vực mà nó hoạt động, đồng thời, O cũng chiếm chỗ, phá hủy, phân tách tất cả các phân tử mùi. Nhờ vậy, ozone là tác nhân oxy hóa cực mạnh (xử lý độc tố, màu, mùi vị… ). Điều này cũng lý giải nguyên nhân sau cơn mưa với nhiều sấm sét, không khí trở nên trong lành hơn là do một phần không khí đã được khử bằng ozone.
Ozone còn tiêu diệt vi sinh vật bằng một quá trình oxy hóa diễn ra trong khoảng 2 giây, được gọi là “ly giải tế bào". Trong đó, ozone làm vỡ màng tế bào của vi sinh vật. Vì vậy, ozone kết hợp với ion âm được xem là giải pháp hữu hiệu nhất trong việc diệt khuẩn, khử mùi. Quá trình oxy hóa và phân hủy của ozone có thể nhanh chóng loại bỏ các chất tạo mùi hôi trong không khí, trong nước, bám trên đồ vật…
Nhờ vào tính khử mạnh mẽ mà ozone có rất nhiều ứng dụng khác nhau, bên cạnh việc khử mùi. Sát khuẩn là ứng dụng phổ biến hàng đầu được tất cả các nước trên thế giới áp dụng trong hơn một thế kỷ qua. Tại Việt Nam, nhiều đề tài khoa học cấp nhà nước do các chuyên gia của Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã nghiên cứu và ứng dụng thành công mô hình xử lý nhiễm khuẩn trong môi trường không khí và nước ở một số bệnh viện tại và một số trại chăn nuôi bằng máy tạo khí ozone. Ngoài ra, ozone còn có khả năng giúp xử lý sản phẩm trước khi bảo quản nhằm tăng thời hạn sử dụng. Các công ty chế biến thực phẩm, sản phẩm đông lạnh tại các nước tiên tiến trên thế giới như Mỹ, Nhật Bản và các nước châu Âu đã ứng dụng ozone để bảo quản sản phẩm thành công. Do ozone oxy hóa rất mạnh nên còn được sử dụng như chất tẩy trắng, với hiệu lực gấp 4 lần các chất bình thường mà không gây tổn thương bề mặt vật tiếp xúc do không để lại hóa chất tồn dư. Vì thế, ozone được sử dụng khi giặt đồ vải. Ozone còn được áp dụng vào thực tế trong điều trị và chăm sóc sức khỏe cho người bệnh, ví dụ như tẩy trắng chân và răng bằng nước ozone với thời gian xử lý từ 10 – 30 phút.
Công nghệ tạo ra ozone
Ozone trong tự nhiên được tạo ra bởi bức xạ tia cực tím mặt trời sóng ngắn và xuất hiện trong bầu khí quyển dưới dạng khí. Ozone cũng có thể được sản xuất tự nhiên bằng cách phóng điện như sét qua khí oxy. Hiện nay có hai công nghệ phổ biến để tạo ra ozone trong công nghiệp là phóng điện và sử dụng tia plasma. Cả hai công nghệ này đều có ưu và nhược điểm riêng.
Dùng ống phóng điện
Không khí được bơm qua ống phóng điện thủy tinh bên ngoài là anode, bên trong là cathode, ở giữa là lớp cách điện thường bằng thủy tinh. Điện thế sử dụng thường rất cao (7 - 15 KV) với tần số thấp hơn 2 KHz. Ống sẽ phóng dòng điện này qua lớp không khí và tương tác với oxy trong không khí để tạo ra ozone. Phương pháp này đơn giản, kinh tế cao, cho ozone nồng độ cao đến 120 mg/lít, nhưng cũng có thể tạo ra oxit nitơ (NO) và axit nitơric (HNO2), các sản phẩm phụ gốc NO2 (nitrit) và NO3 (nitrat) là các chất độc rất có hại cho cơ thể người.
Để dung hòa các lợi ích, trong các máy ozone công nghiệp về sau thường dùng tần số 800 Hz đến 2 KHz, điện áp không quá 10 KV hay 7 KV và dùng không khí đã sấy khô (điểm sương -50oC) giúp giảm được NxOy < 0,1%. Cách phổ biến để khắc phục tình trạng tạo ra oxit nitơ là dùng máy xử lý làm khô không khí (thiết bị khử ẩm).
Sơ đồ tạo ra ozone kiểu phóng điện
Công nghệ ozone plasma
Plasma là trạng thái tồn tại thứ tư của vật chất, là sự tụ họp của các hạt (chủ yếu là các electron và ion) có cùng một tính chất, mang một số đặc tính của khí nhưng khác với khí là có tính dẫn điện tốt.
Plasma được tạo thành bởi điện trường mạnh với hỗn hợp các ion dương, âm mật độ rất cao, kích thích oxy biến đổi thành khí ozone và tập hợp khí O4, O5, O6, … Ox.. Phương pháp này được sử dụng để tạo máy ozone từ năm 1920, cho ozone nồng độ cao và sạch (NxOy < 0,01 % dù nguyên liệu là không khí thông thường, còn nếu không khí đã được lọc sạch và sấy khô thì hầu như không có NxOy) là thế hệ máy ozone cao cấp, tuy đắt nhưng nhỏ gọn, an toàn và bền hơn.
Sơ đồ tạo ra ozone từ plasma
Ứng dụng ozone để khử mùi tại Việt Nam
Hiện nay, Việt Nam đã có nhiều nghiên cứu về ứng dụng ozone để xử lý chất thải như nghiên cứu xử lý nước rác bằng ozone, một giải pháp cải thiện môi trường và sức khỏe cho công nhân của các tác giả Nguyễn Ngọc Lân, Hoàng Ngọc Minh và Dương Thị Thùy Linh tại Viện Khoa môi trường, Đại học Bách Khoa Hà Nội vào năm 2011; nghiên cứu xử lý nước thải cồn bằng hệ quang hóa – ozone (UV/ozone) năm 2010 của các tác giả Nguyễn Văn Phước, Nguyễn Văn Dũng, Nguyễn Thị Thanh Phượng công tác tại Đại học Quốc gia TP. HCM; nghiên cứu ứng dụng khí ozone bằng thiết bị sản xuất trong nước nhằm cải tiến công nghệ nuôi tôm sú thâm canh tại TP. HCM của tác giả Nguyễn Văn Hảo, Viện Nghiên cứu Nuôi trồng thủy sản 2,…
Ngoài ra, nhiều công nghệ và thiết bị sản xuất ozone để diệt khuẩn, lọc không khí, khử mùi được các doanh nghiệp trong nước giới thiệu chào bán tại Chợ Công nghệ và Thiết bị trên mạng ở địa chỉ http://techmart.cesti.gov.vn như máy ozone khử mùi diệt khuẩn, lọc không khí của Công ty TNHH-TM-DV-KT Môi trường nước Hiền Tước; thiết bị máy phát ozone công nghiệp và dân dụng của Công ty Phát triển công nghệ và Môi trường Á Đông (Asiatech); công nghệ bảo quản rau quả bằng phương pháp lý, sinh học bằng ozone và longlife của Trung tâm Công nghệ sinh học nông nghiệp ABC,…
Thực tế tại TP. HCM, đã có nhiều đơn vị sử dụng hệ thống khử mùi bằng ozone thành công như Cơ sở nấu mỡ bò, trâu Dương Thị Hạnh tại Quận 12. Quá trình sản xuất của cơ sở này phát sinh mùi hôi, nồng độ NH3 (tạo mùi khai) lên đến 6,98 mg/m3 và H2S (tạo mùi trứng thối) lên đến 0,0528 mg/m3 tại khu vực sản xuất. Sau khi xử lý bằng máy tạo ozone (4 g/giờ), ozone được đưa trực tiếp vào khu vực nấu mỡ (nơi phát sinh mùi hôi chính) bằng các ống dẫn thì các hợp chất tạo mùi hôi đã biến mất. Kết quả sau khi được xử lý bằng ozone, tại nhà sát vách khu vực sản xuất đã không còn thấy mùi hôi.
Tại cơ sở nấu xương, nấu lông vịt Lê Phú- Khu Công nghiệp Lê Minh Xuân, trước đây khi sản xuất có mùi hôi thối gây khó chịu trong khu vực sản xuất và một phần khu vực xung quanh. Tuy nhiên, sau khi xử lý bằng ozone trực tiếp tại các ống khói, từ khu vực bắt đầu xả, qua hệ thống ống gom khí thì mùi hôi đã biến mất.
Tại trại chăn nuôi heo An Phước, kết quả đo nồng độ NH3 tại chuồng có xử lý ozone thấp hơn nhiều so với trước khi xử lý. Cụ thể, nồng độ sau xử lý bằng ozone: NH3 từ 0,3 – 0,5 mg/m3, nồng độ H2S từ 0,4 – 0,6 mg/m3, nồng độ CH3-SH từ 0,5 – 0,7 mg/m3, thấp hơn rất nhiều so với tiêu chuẩn 3733/2002/QĐ-BYT.
Ứng dụng của ozone trong công nghiệp:
Ozone được sử dụng để tẩy trắng đồ vật và tiêu diệt vi khuẩn. Rất nhiều hệ thống nước sinh hoạt công cộng sử dụng khí ozone để khử vi khuẩn thay vì sử dụng clo. Ozone không tạo thành các hợp chất hữu cơ chứa clo, nhưng chúng cũng không tồn tại trong nước sau khi xử lý, vì thế một số hệ thống cho thêm một chút clo vào để ngăn cản sự phát triển của vi khuẩn trong đường ống. Sau đây là một số ứng dụng cụ thể của loại khí này trong công nghiệp:
- Khử trùng nước uống trước khi đóng chai.
- Khử các chất gây ô nhiễm có trong nước bằng phương pháp hóa học (sắt, asen, sulfua hiđrô, nitrit, và các chất hữu cơ phức tạp liên kết với nhau tạo ra "màu" của nước.
- Hỗ trợ trong quá trình kết tụ (là quá trình kết tụ của các phân tử, được sử dụng trong quá trình lọc để loại bỏ sắt và asen).
- Làm sạch và tẩy trắng vải (việc sử dụng để tẩy trắng được cấp bằng sáng chế).
- Hỗ trợ trong gia công chất dẻo (plastic) để cho phép mực kết dính.
- Đánh giá tuổi thọ của mẫu cao su để xác định chu kỳ tuổi thọ của lô cao su.
Ứng dụng của Ozone trong y tế
Ozone được sử dụng trong một số trường hợp trong y tế. Nó có thể được sử dụng để ảnh hưởng tới cân bằng chống ôxi hóa - hỗ trợ ôxi hóa của cơ thể, khi đó thông thường cơ thể sẽ phản ứng với sự hiện diện của nó bằng cách sản sinh ra các enzym chống ôxi hóa.
Liệu pháp ozone được sử dụng trong y học thử nghiệm, việc này đang gây ra nhiều nghi vấn do nó chưa được nghiên cứu và kiểm nghiệm một cách khoa học và cẩn thận. Liệu pháp này là nguy hiểm bởi vì ozone là một chất ăn mòn rất mạnh.
Tại Mỹ, liệu pháp ozone là bất hợp pháp, vì FDA vẫn chưa cho phép thử nghiệm trên người. Ít nhất đã có một người chết vì sử dụng liệu pháp này tại Mỹ. Tuy nhiên, các máy "làm sạch không khí" để sản xuất ozone vẫn được bày bán trên thị trường Mỹ.
Ứng dụng của Ozone trong nuôi trồng thủy sản
Tại Việt Nam, việc tăng diện tích nuôi trồng một cách nhanh chóng và sử dụng phương pháp nuôi trồng thủy sản lạc hậu đã gây những hậu quả nghiêm trọng cho môi trường dẫn. Người nông dân lạm dụng các thuốc hóa học để trị bệnh cho tôm dẫn đến việc dư lượng kháng sinh trong tôm, cá vượt quá mức cho phép dẫn đến tôm, cá chết hàng loạt tại các địa phương kéo theo đó làm ảnh hưởng đến việc xuất khẩu sản phẩm cũng như sức khỏe người tiêu dùng.
Để khắc phục các nhược điểm trên, hiện nay Việt Nam đã ứng dụng các công nghệ mới trong nuôi trồng thủy sản như công nghệ Vi Sinh, công nghệ sử dụng khí ozone trong máy ozone…, các công nghệ mà nhiều nước trên thế giới đã sử dụng.
Việc ứng dụng ozone xử lý nước thải trong nuôi trồng thủy sản trước đây hầu như chưa áp dụng tại Việt Nam nhưng đã được sử dụng hết sức phổ biết tại Mỹ, Hàn Quốc và Ấn Độ.. nó đã mang lại nhưng lợi ích hết sức to lớn cho người nông dân cũng như cải thiện môi trường.
Ngoài ra việc sử dụng khí ozone còn đem lại những lợi ích sau:
- Cung cấp Ozone + Không khí với dòng nước đối lưu, giúp giảm thiểu lượng vi rút gây bệnh và cung cấp đủ lượng oxy cho tôm, cá sinh sống dưới đáy ao nuôi, không cần sử dụng hóa chất hay các chế phẩm khác.
- Cung cấp lượng Ozone + Không khí bơm thẳng xuống đáy hồ giúp tiêu hủy vi rút gây bệnh, phân hủy thức ăn thối rữa, giúp tôm hấp thụ lượng thức ăn để phát triển, và gia tăng mật độ tôm nuôi.
- Cung cấp đủ không khí xuống đáy ao nuôi giúp giảm lượng khí ammoniac, giảm lượng khí H2S dưới đáy ao và gia tăng lượng khí oxy hòa tan.
Nguồn ST.
http://www.ozoneapplications.com/applications.htm
http://www.delozone.com/applications/index.php
http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0100-40422006000200023
