Ekki hægt að draga úr COD eða fjarlægja lit? Óson Háþróuð oxunartækni býður upp á lausn

Óson, með sameindaformúluna O3, er allótóp súrefnis (O2). Óson sameind samanstendur af þremur súrefnisatómum, þar af eitt tengt hinum tveimur með eintengi. Óson er lofað sem „grænt efni“, sterkt oxunarefni með fjórar meginaðgerðir: dauðhreinsun, aflitun, oxun og lyktareyðingu. Það státar einnig af kostum eins og engum leifum og engin aukamengun, sem gerir það að umhverfisvænu grænu iðnaðarhráefni.

Óson hefur mjög sterkan oxunarmátt, með afoxunargetu upp á 2,07 mV. Óson oxar lífræn efni á tvo vegu: Í fyrsta lagi oxa óson sameindir lífrænt efni beint, þ.e. bein oxun, en hvarfhraði er tiltölulega hægur; í öðru lagi oxar það lífrænt efni hratt, ó-sértækt í gegnum hýdroxýlhópana (·OH) sem myndast við eigin niðurbrot þess, þ.e. óbeina oxun. Í raunverulegum vatnsmeðferðarhvörfum er skilvirkni ósons við að fjarlægja lífræn efni samsetning beinnar og óbeinnar oxunar og að hve miklu leyti þessi tvö viðbrögð fara fram fer eftir mismunandi hvarfskilyrðum. Óbein oxun er einnig þekkt sem háþróuð oxunartækni.

Hægt er að útbúa óson með ýmsum aðferðum. Á vatnshreinsunarsviðinu er háspennu hljóðlaus útskrift almennt notuð. Hráefnin til ósonframleiðslu eru aðallega loft eða súrefni. Þegar loft er notað sem gasgjafi er ósoninnihaldið aðeins um 1%, en þegar súrefni er notað getur ósonstyrkurinn náð 10% (miðað við massa) eða hærri.

Einstök ósonoxunartækni hefur verulegar takmarkanir: stakt óson getur ekki oxað sum þrjósk lífræn efnasambönd, svo sem klóróform; Einstök ósonoxun getur ekki brotið lífrænt efni að fullu niður í koltvísýring og vatn og erfitt er að ná mikilli skilvirkni COD-fjarlægingar. Háþróuð ósonoxunartækni, einnig þekkt sem djúpoxunartækni, einkennist af myndun mjög oxandi hýdroxýlradikala (·OH) (afoxunargeta hýdroxýlradikala (·OH) er 2,80V, næst á eftir flúor). Við hvarfaðstæður eins og háan hita, háan þrýsting, rafmagn, hljóð, ljósgeislun og hvata, oxar það stórar, þrjóskandi lífrænar sameindir í litlar-eiturhrif eða ó-eitraðar litlar sameindir.

1) Ljóshvata ósonoxunartækni

Ljóshvata ósonoxun nýtir ekki óson til að hvarfast beint við lífræn efni. Þess í stað notar það virka aukaoxunarefnið (·OH) sem myndast við niðurbrot ósons undir útfjólubláu ljósi til að oxa lífræn efni. Viðbrögðin á milli ósons og lífræns efnis eru eingöngu sértæk og geta ekki brotið lífræn efni að fullu niður í koltvísýring og vatn. Til að bæta oxunarhraða og skilvirkni ósons verður að gera aðrar ráðstafanir til að stuðla að niðurbroti ósons til að mynda virkt ·OH.

2) Einsleit hvatandi ósonoxunartækni

Hvatarnir sem notaðir eru við einsleita hvataósonun eru almennt umbreytingarmálmar, eins og Fe(II), Mn(II), Ni(II), Co(II), Cd(II), Cu(II), Ag(I), Cr(III) og Zn(II). Nákvæm (míkró-skammtur, ppb stig) íblöndun ósons-hvatajóna í frárennslisvatn er náð með aflstýringu, sem klárar háþróaða oxunarhvarfið sem myndar hýdroxýlrót til að fjarlægja þrjósk lífræn mengunarefni úr frárennslisvatninu.

3) Heterogenous Catalytic Ozone Ozon Ozone Technology

Þessi tækni notar venjulega fastan oxunarefni (oft samsett úr súráli eða tilbúnu zeólíti). Undir virkni hvata brotnar óson niður og myndar mjög oxandi hýdroxýl radicals (·OH) og brýtur þar með niður lífræn mengunarefni í vatninu.

Frárennslisstöð sveitarfélaganna er hönnuð til að taka á móti 100.000 tonnum/dag, en raunveruleg hreinsunargeta hennar er 90.000 tonn/dag. Til að uppfylla COD losunarstaðla (Minna en eða jafnt og 40mg/L) er notuð einsleit hvatandi ósonoxunartækni sem notar þrjá ósongjafa (hver með afkastagetu 42kg/klst, tveir í notkun og einn í biðstöðu). Ferlisflæðið er sem hér segir: ósonframleiðandi → myndar ósongas → flytur það í gegnum leiðslur til inntaks þotudælunnar → leysist upp í afrennsli með þotuinndælingu → myndar ·OH undir virkni einsleits hvata → lýkur oxunarhvarfinu í hvarfaoxunargeymi ósons.

1) COD niðurbrot og aflitun árangur

Hreinsunargeta skólps: 90.000 tonn/dag. Eins og er, er einn ósonframleiðandi í gangi, stilltur á 40 kg/klst., með raunverulegan framleiðsluhraða upp á 34 kg/klst (ósonstreymishraði x ósonstyrkur). Ósonskammturinn er 9,1 mg/L. Þetta dregur úr COD úr 45 í 30 mg/L og litur úr 40 í 5, og nær frárennsli í samræmi við „Major Water Pollutant Loss Standards for Urban Wastewater Treatment Plants“ (DB33/2169-2018).

2) Orkunotkun

Þó að óson sé þekkt fyrir græna og umhverfisvæna eiginleika er óneitanlega mikil orkunotkun og rekstrarkostnaður sem fylgir framleiðslu þess. Þegar loft er notað sem gasgjafa er orkunotkunin um það bil 20 kWh/kg ósons; þegar súrefni er notað sem gasgjafa er orkunotkunin um það bil 10 kWh/kg ósons. Miðað við raunverulegan-rekstur á staðnum er orkunotkunin 13 kWh/kg óson á sumrin og 11 kWh/kg óson á veturna. Vegna mikils útihita á sumrin þarf kælitæki til að kæla ósongjafann en á veturna þarf aðeins að kveikja á plötuvarmaskiptinum til að tryggja eðlilega notkun.