Đề tài Ozone và ứng dụng trong xử lý nước

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA MÔI TRƯỜNG ˜{™ QUÁ TRÌNH HÓA LÝ TRONG XỬ LÝ NƯỚC Đề Tài 1: Ozone và ứng dụng trong xử lý nước GVHD: Dương Hữu Huy Nhóm 11: Nguyễn Hải Âu (0922010) Hoàng Nhật Nghĩa (0922162) Trần Việt Sơn (0922215) Cao Thị Thu Thảo (092235) Đỗ Huỳnh Thu Trang (0922268) Lê Thị Trang (0922271) Nguyễn Xuân Tuyên (0922290) Nguyễn Thị Hải Yến (0922316) TP.HCM, 28/11/2011 Mục lục OZONE VÀ ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI Giới thiệu chung Tính chất của ozone Những ứng dụng của ozone trên thế giới Các yếu tố ảnh hưởng Ứng dụng của ozone trong các quá trình xử lý nước thải Sản xuất ozone Tài liệu tham khảo Giới thiệu chung Tính chất của ozone Ozone (O3) là một dạng thù hình của oxygen, trong phân tử của nó chứa ba nguyên tử oxygen thay vì hai như thông thường. Ozone rất độc, nồng độ tối đa cho phép trong khu vực làm việc là 0.0001mg/m3. Ozone có thể oxy hóa tất cả các kim loại, ngoại trừ vàng. Trong điều kiện nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn ôzôn là một chất khí có màu xanh nhạt. Ôzôn hóa lỏng có màu xanh thẫm ở -112°C, và hóa rắn có màu xanh thẫm ở-193°C. Ôzôn có tính oxy hóa mạnh hơn oxygen, do nó không bền, dễ dàng bị phân huỷ thành oxygen phân tử và oxygen nguyên tử. Ví dụ: O3 → O2 + O O3 dễ dàng oxi hóa iodua đến iốt tự do: O3 + 2KI + H2O → I2 + O2 + 2 KOH Giấy tẩm dung dịch iodua kali và hồ tinh bột (giấy iốt tinh bột) chuyển ngay thành màu xanh khi có mặt ozone trong không khí, nhưng nó kém bền hơn oxygen, dễ bị phân hủy thành oxygen thường theo phản ứng: 2O3 → 3O2 Ozone là một chất độc có khả năng ăn mòn và cũng là một chất ô nhiễm. Nó có mùi hăng mạnh, tồn tại với một tỷ lệ nhỏ trong bầu khí quyển Trái Đất. Ozone có thể được tạo thành từ O2 do phóng tĩnh điện, tia cực tím, như trong các tia chớp, cũng như bởi tác động của bức xạ điện từ trường cao năng lượng. Ozone được điều chế trong máy Ozone. Khi phóng điện qua Oxygen tinh khiết hay qua không khí khô. Trong thiên nhiên, Ozone được tạo thành khi có sự phóng điện trong khí quyển (sấm, sét). Một số thiết bị điện có thể sản sinh ra ozone mà con người có thể ngửi thấy dễ dàng. Điều này đặc biệt đúng với các thiết bị sử dụng điện cao áp, như tivi và máy photocopy. Các động cơ điện sử dụng chổi quét cũng có thể sản sinh ozone do sự đánh lửa lặp lại bên trong khối. Các động cơ lớn, ví dụ những động cơ được sử dụng cho máy nâng hay máy bơm thủy lực, sản sinh nhiều ozone hơn các động cơ nhỏ. Mật độ tập trung cao nhất của ozone trong khí quyển nằm ởtầng bình lưu (khoảng 20 đến 50 km tính từ mặt đất), trong khu vực được biết đến như là tầng ozone. Tại đây, nó lọc phần lớn các tia cực tím từ Mặt Trời, là tia có thể gây hại cho phần lớn các loại hình sinh vật trên Trái Đất. Phương pháp tiêu chuẩn để đo lượng ozone trong khí quyển là sử dụng đơn vị Dobson (DU). Ozone sử dụng trong công nghiệp được đo bằng ppm. Những ứng dụng của ozone trên thế giới Tăng dân số và cải thiện mức sống đang đặt gánh nặng ngày càng tăng cho vấn đề tài nguyên nước. Tài nguyên nước tự nhiên là giới hạn vì vậy trong tương lai gần chính việc cần thiết phải tái sử dụng nước thải đã thúc đẩy sự ra đời của các công nghệ tiên tiến có khả năng xử lý nước thải ưu việt nhất. Trong nhiều năm trước ở các nước châu Âu, ozone đã được sử dụng để khử trùng nước uống và xử lý nước thải ở một số ngành công nghiệp đặc biệt, đáng chú ý là việc loại bỏ xianua và phenol. Từ năm 1980, ozone đã được sử dụng để xử lý nước thải, chất thải công nghiệp và xử lý bùn trên quy mô lớn. Việc xử lý nước thải bằng ozone có một số lợi thế: Giảm BOD và COD Giảm mùi, màu sắc, độ đục, và làm chất hoạt động bề mặt Loại bỏ sinh vật gây bệnh Sản phẩm xử lý có lợi Tăng hàm lượng oxygen hòa tan (DO) Phương án xử lý bằng ozone đòi hỏi chi phí tương đối lớn do đó phương án xử lý này đã bị hạn chế về mặt cạnh tranh kinh tế. Tuy nhiên gần đây với những tiến bộ trong sản xuất ozone thì phương án xử lý này đã có tính cạnh tranh cao hơn. Dưới đây là một số ứng dụng của ozone trong xử lý: Hình 1: tổng quan hệ thống oxy hóa khử Hình 2: Sơ đồ dòng chảy của hệ thống xử lý bùn bằng phương pháp oxy hóa khử Hình 3: Nồi hơi áp suất cao Các yếu tố ảnh hưởng Ozone là chất diệt khuẩn rất mạnh nhưng nếu không hòa tan được ozone vào nước thì khả năng diệt khuẩn sẽ hạn chế. Mức độ phân phân ly của ozone phụ thuộc vào môi trường: trong dung dịch axit, nó có độ bền cao; trong không khí, nó phân ly rất chậm; trong nước, phân ly nhanh và trong dung dịch kiềm nó phân ly rất nhanh. Độ hoà tan của ozone ptrong nước phụ thuộc pH và các chất hòa tan khác. Khi có axit và muối trung tính, độ hòa tan của ozone tăng. Kiềm làm giảm độ hòa tan của ozone. Để hòa tan một pha khí vào pha lỏng thì chúng ta quan tâm đến: nhiệt độ, áp suất, nồng độ pha khí, nồng độ chất lỏng, cách phân tán hay diện tích bọt khí và thơi gian tiếp xúc của 2 pha. Các thông số này thường được đúc kết dưới dạng tóan học phức tạp và thường có bản quyền nên chỉ những công ty chuyên nghiệp về ozone như công ty OBM mới có trang bị. Tuy nhiên một kỹ sư môi trường bình thường cũng có thể ứng dụng với sai số vài phần trăm nếu quan tâm đến các trọng số.Trọng số đó quan trọng nhất để tính hiệu suất hòa tan của ozone vào nước là nồng độ ozone. Sau đây là những chỉ dẫn cụ thể khi chọn nồng độ máy ozone phù hợp Nồng độ Ozone Trong Nước Tối Đa (ppm) Hiệu Suất Hòa Tan max. 2 g/m3 0.02 2% 5g/m3 0.1 5% 10g/m3 0.4 20% 20g/m3 0.7 30% 50g/m3 2 60% 70g/m3 2.6 70% 120g/m3 5 90% 150g/m3 10 95% Nếu bạn mua máy ozone 100g/h và nồng độ 2g/m3 thì cho dù sục trong một lít nước một ngày thì nồng độ ozone cũng không quá 0.02ppm. Nhưng ngược lại trong phòng rất hôi ozone do đó cần lưu ý đến nồng độ. Ứng dụng của ozone trong các quá trình xử lý nước thải Quá trình oxy hóa Khí ozone ít hòa tan trong nước. Độ tan của ozone trong nước tăng khi áp suất riêng phần tăng, pH giảm, nhiệt độ giảm. Tuy nhiên, quá trình oxy hóa lại tăng khi nhiệt độ tăng. Oxy hòa tan (DO) và ozone làm giảm hàm lượng BOD và COD. Ozone cũng làm giảm màu sắc và mùi trong bùn. Ozone dosage (mg/l) COD(mg/l) BOD(mg/) TOC(mg/l) Influent Efluent Influent Efluent Influent Efluent 50 318 262 142 110 93 80 100 318 245 142 100 93 77 200 318 200 142 95 93 80 325 318 159 142 60 93 50 50 45 27 13 7 20.5 15.5 100 45 11 13 3 20.5 9 200 45 5.5 13 1.5 20.5 5 Hiệu quả oxy hóa của ozone Hiệu quả khử trùng của ozone Quá trình tuyển nổi DFG loại bỏ chất rắn lơ lửng và chất keo tuyển nổi. Quá trình tuyển nổi loại bỏ được các chất gây ô nhiễm khác nhau như kim loại nặng độc hại, cac chất hữu cơ độc hại. Một tế bào hệ thống DAF tốc độ cao Một tế bào hệ thống tốc độ gấp đôi Lọc nén bằng dây curoa Loại bỏ các chất ô nhiễm khác nhau, kim loại nặng , các hợp chất hữu cơ Các hệ thống ứng dụng ozone trong xử lý nước thải Hệ thống thứ nhất: Xử lý không khí tạo ozone để xử lý nước thải Khí nén được làm lạnh để loại bỏ độ ẩm và thổi vào máy sấy. Không khí khô được thổi tới máy phát Ozone và trộn Ozone vào không khí ( 1-3% ozon do trọng lượng ) được chuyển vào nước hoặc bể tiếp xúc với chất thải. Bất kỳ ozon vượt quá giới hạn cho phép đều nhanh chóng bị phân hủy thành oxy, trong khi đó ozon trong khí thải bị phân hủy bởi nhiệt, hóa học hoặc chất xúc tác Dùng trong các máy móc quy mô nhỏ Hệ thống thứ 2: Hệ thống thứ 2 hoạt động tương tự như hệ thống đầu tuy nhiên chi phí lớn hơn chế tạo do không khí dưa vào hệ thống được thay thế bởi dòng khí giàu oxy. Việc sử dụng kỹ thuật PSA trong sản xuất không khí giàu oxy sẽ giảm chi phí vốn và hoạt động của máy phát ozone. Hệ thống thứ 3: xử lý nước thải bằng ozone tương tự như hệ thống 1 nhưng có những ưu điểm vượt trội sau: Nguồn không khí vào giàu oxy. Khí sau khi ra khỏi bể tiếp xúc được tuần hoàn đưa tới máy tạo oxy ở đầu hệ thống. Hệ thống này có bổ sung thêm thiết bị loại bỏ nitơ trong nước thải trước khi xử lý để nó không tạo ra sản phẩm khí chứa nhiều nitơ trong quá trình tái chế khí. Hệ thống thứ 4: Không khí đưa vào hệ thống được làm giàu khoảng 40% lượng oxy Lượng không khí được tuần hoàn giàu oxy ( có thể lên tới 80%) nhờ quá trính PSA sẽ lấy oxy từ CO2và H2O Sản xuất ozone Ozone được điều chế từ oxy của không khí khô hoặc oxy tinh khiết dưới tác dụng của sự phóng điện. Chi Phí năng lượng cho việc sản xuất 1kg ozone từ không khí gần 18kWh, còn từ oxy sạch gần 9kWh. Tài liệu tham khảo Lawrence K.wang, phD, PE, DEE, Yung-Tse Hung, phD, PE, DEE, Nazih K. Shammas, pHD, Advanced Physicochemical Treatment Technologies www.vi.wikipedia/wiki/ôzôn www.Ozone.vn/ozone/26/hoa-tan-ozone-vao-nuoc-htm