Cơ chế: Ozone thay đổi như thế nào theo pH

Ozone biểu hiện khác nhau trên toàn bộ quang phổ pH do sự thay đổi trong cơ chế oxy hóa chủ yếu của nó.

• Ở độ pH thấp: Ozone phản ứng trực tiếp với các mục tiêu giàu electron (ví dụ: phenol, olefin, sulfide) trong các phản ứng có tính chọn lọc cao.
• Ở độ pH cao: Ozone phân hủy thành các gốc thứ cấp, đặc biệt là gốc hydroxyl (·OH), một chất oxy hóa không chọn lọc và cực kỳ phản ứng.

Nguồn: von Gunten (2003); Westerhoff và cộng sự (1999).

Tóm tắt theo khoảng pH

Ý nghĩa: Đối với oxy hóa mục tiêu (ví dụ: loại bỏ geosmin, MIB hoặc thuốc trừ sâu), độ pH thấp hơn thường là lý tưởng. Ngược lại, để phân hủy phổ rộng như trong quá trình xử lý oxy-hóa tiên tiến (AOP), pH cao hơn thuận lợi cho việc sinh ra ·OH nhiều hơn.

Hiệu suất khử trùng: pH ảnh hưởng thế nào

Ozone là một chất khử trùng hiệu quả trên một phạm vi pH rộng, nhưng hiệu quả thường tăng nhẹ ở pH thấp hơn do ozone bền hơn và thời gian tiếp xúc hiệu quả hơn.

Ví dụ:

• Giardia lamblia và Cryptosporidium parvum cho thấy khả năng bất hoạt tốt hơn ở pH 6–7 so với pH >8 (giả sử CT bằng nhau).
• Giá trị CT cần để vô hiệu hóa 99% vi-rút tăng theo độ pH do nồng độ ozone còn lại giảm nhanh hơn ở pH cao.

Nguồn: US EPA (1999); Gạo & Nâu (1981).

Ý nghĩa: Hệ thống kiểm soát mầm bệnh nên vận hành gần pH trung tính trừ khi sử dụng chất oxy hóa thứ cấp hoặc phương pháp khử trùng bổ sung.

Oxy hóa kim loại và đồng kết tủa

Ozone được dùng để oxy hóa Fe, Mn và As trong nước ngầm; pH ảnh hưởng cả phản ứng oxy hóa lẫn khả năng kết tủa sau đó.

• Fe²⁺ → Fe³⁺: Xảy ra ở pH 5–9; kết tủa Fe(OH)₃ tối ưu ở pH 7.5–8.5.
• Mn²⁺ → MnO₂: Hiệu quả khi pH > 8.0 để tạo kết tủa ổn định.
• As(III) → As(V): Ozone oxy hóa hiệu quả ở pH 6–8; hấp phụ lên bông Fe(OH)₃ thuận lợi ở pH trung tính đến hơi kiềm.

Nguồn: Knocke et al. (1990); Tobiason et al. (2006).

Ý nghĩa: Khi thiết kế hệ lọc oxy hóa, việc dò liều ozone kết hợp với kiểm soát pH là cần thiết để đảm bảo kim loại bị oxy hóa và kết tủa đúng cách.

Sự hình thành sản phẩm phụ của ozone và pH

Độ pH điều hướng sự hình thành các sản phẩm phụ khử trùng (DBP), đáng chú ý nhất là bromat (BrO₃^-) trong nước có bromua.

Ở pH cao, ozone phản ứng nhanh hơn với bromua thông qua HOBr, làm tăng khả năng hình thành bromat. Ở pH thấp, con đường này bị ức chế do proton hóa các trung gian.

Chiến lược giảm thiểu:

• Giảm pH xuống 6,0–6,5 trong quá trình ozon hóa khi có bromua.
• Phản ứng cộng với amoniac để tạo bromamin (khi phù hợp với mục tiêu xử lý).
• Thiết kế bộ tiếp xúc để giảm thời gian tiếp xúc trực tiếp với ozone.

Nguồn: Krasner et al. (1993); von Gunten & Oliveras (1998).

Ý nghĩa: pH là một điểm kiểm soát chủ chốt để đảm bảo tuân thủ quy định đối với DBP.

Pinnacle thiết kế xung quanh độ pH như thế nào

Tại Pinnacle Ozone Solutions, pH được coi là biến số trung tâm khi thiết kế và mô hình hóa hệ thống. Các thành phần điển hình bao gồm:

• Mô-đun điều chỉnh pH nếu nước đầu vào nằm ngoài phạm vi mục tiêu.
• Thuật toán định lượng ozone tích hợp chỉ số pH và ORP.
• Cấu hình lò phản ứng tùy chỉnh để phù hợp với động học phản ứng nhạy pH.
• Tùy chọn linh hoạt để hỗ trợ AOP, khử trùng hoặc oxy hóa chọn lọc tùy mục tiêu xử lý.

Cho dù xử lý nước mỏ có tính axit, nước mặt kiềm hay nước uống trung tính, hệ thống được thiết kế để tối đa hóa hiệu quả ozone trong phạm vi pH phù hợp.

Kết luận

Độ pH quyết định cách ozone hoạt động. Từ tính ổn định, tính chọn lọc, khả năng khử trùng tới hình thành sản phẩm phụ — pH ảnh hưởng đến mọi tương tác của ozone với nước. Hiểu và kiểm soát pH là then chốt để đảm bảo độ tin cậy quy trình, tuân thủ quy định và tối ưu hóa hiệu quả hóa chất.

Tại Pinnacle Ozone Solutions, chúng tôi thiết kế hệ thống dựa trên phân tích pH để đảm bảo mọi phản ứng diễn ra ở thời điểm và địa điểm mong muốn.

Tài liệu tham khảo kỹ thuật

1. Hoigné, J. & Bader, H. (1983). Hằng số tốc độ phản ứng của ozon với các hợp chất hữu cơ và vô cơ trong nước. Ozon: Khoa học & Kỹ thuật.
2. Staehelin, J. & Hoigné, J. (1982). Sự phân hủy ozon trong nước: Tốc độ khởi đầu của ion hydroxide và hydro peroxide. Khoa học & Công nghệ Môi trường.
3. von Gunten, U. (2003). Ozon hóa nước uống: Phần I. Động học oxy hóa và hình thành sản phẩm. Nghiên cứu về nước.
4. Knocke, W.R. et al. (1990). Các yếu tố ảnh hưởng đến việc loại bỏ mangan. Tạp chí AWWA.
5. Tobiason, J.E. et al. (2006). Các kỹ thuật xử lý để kiểm soát sắt và mangan trong nước uống.
6. Krasner, S.W. et al. (1993). Sản phẩm phụ của quá trình khử trùng: Sự xuất hiện và kiểm soát. Khoa học & Công nghệ Môi trường.
7. US EPA (1999). Sổ tay hướng dẫn về chất khử trùng và chất oxy hóa thay thế.