Ozon và UV trong khử trùng nước uống

UV cho nước uống thường được quy định ở 30–40 mJ/cm² tại bước sóng 254 nm, ở cuối tuổi thọ đèn và có tính đến mức dự phòng cho bám bẩn. Liều được cấp trong vài giây; thời gian tiếp xúc không phải là biến thiết kế theo cách như với ozon. Các biến chính là lưu lượng, độ truyền qua UV, độ đục và công suất phát của đèn.

Ozon cho nước uống thường là 1–3 mg/L với thời gian tiếp xúc 5–15 phút. Súc rửa chai dùng 2–4 mg/L. Liều phải bao phủ nhu cầu ozon của nước cộng với dư lượng cần cho khử trùng. CT, tích của dư lượng hòa tan và thời gian tiếp xúc tính bằng mg·min/L, là chỉ số thiết kế. Tháp chứa 5 m³ ở lưu lượng 10 m³/h cho thời gian tiếp xúc danh nghĩa 30 phút; dư lượng 0.4 mg/L sau khi đáp ứng nhu cầu cho CT là 12 mg·min/L.

Ozon. Đây là chất oxy hóa mạnh, phân hủy các chất hữu cơ gây màu, phá hủy nhiều hợp chất gây mùi vị và chuyển sắt, mangan hòa tan thành hạt mà bộ lọc đa tầng có thể giữ lại. Sau bước oxy hóa phải có bước lọc; chỉ dùng ozon thì kim loại được chuyển dạng nhưng không loại bỏ được chất rắn tạo thành. Liều điển hình để loại bỏ sắt và mangan bắt đầu từ 1–3 mg/L, được xác định theo nhu cầu hóa học lượng pháp cộng với nhu cầu các chất hữu cơ.

UV không có tác dụng với màu, mùi, sắt hay mangan ở liều dùng cho khử trùng. UV không thể thay thế công đoạn oxy hóa và không thể bù đắp cho bộ lọc đang không loại bỏ được các hạt đã oxy hóa. Nếu vấn đề thuộc về cảm quan hoặc kim loại chứ không phải vi sinh, thì UV không phải công cụ phù hợp dù buồng phản ứng lớn đến đâu.

UV không để lại dư lượng. Khả năng bảo vệ kết thúc tại đầu ra của buồng phản ứng, và bất kỳ vi sinh vật nào xâm nhập vào bồn chứa, vòng tuần hoàn hoặc đoạn ống tù đều có thể phát triển mà không bị ức chế. Vì vậy hệ UV phụ thuộc vào bồn chứa hợp vệ sinh: bồn kín, van thông hơi kỵ nước 0.2 µm, đáy hình nón đủ nông để tránh phân tầng, và không có đoạn ống tù dài quá ba lần đường kính ống.

Ozon để lại dư lượng tồn tại ngắn, thường 0.2–0.5 mg/L trong bồn và chu kỳ bán rã 20–30 phút trong nước sạch ở 20 °C. Mức này đủ để bảo vệ bồn và vòng tuần hoàn, nhưng không đủ cho mạng phân phối dài. Cần theo dõi ozon hòa tan hoặc ORP, và không nên giả định dư lượng đến được nhánh ống không tuần hoàn. Đối với mét cuối cùng, thường bổ sung UV tại điểm sử dụng.

UV ở 254 nm không tạo ra sản phẩm phụ khử trùng nào đã biết ở liều dùng cho nước uống, vì không thêm hóa chất. Các rủi ro thực tế là về điện, quang học và bảo trì: tuyệt đối không nhìn trực tiếp vào đèn đang sáng, xử lý ống thạch anh cẩn thận, và thay đèn cùng ống thạch anh theo lịch. UV không loại bỏ nitrat, asen hay các chất ô nhiễm hòa tan khác, nên không thể dùng để giải quyết vấn đề chất lượng nước mang tính hóa học.

Ozon có thể tạo bromat khi có bromua, và bromat được quy định trong nhiều tiêu chuẩn nước uống. Cần kiểm tra nồng độ bromua và liều ozon trước khi thiết kế, đồng thời xác nhận kết quả bromat trong nước thành phẩm. Ozon cũng là mối nguy tại nơi làm việc: phòng đặt máy tạo ozon cần thông gió, thiết bị phát hiện ozon và thiết bị phá hủy khí thải trên ống thông hơi của tháp tiếp xúc. Không được xả khí chứa ozon vào không gian có người.

Có, và sự kết hợp này phổ biến ở các nhà máy chiết rót và hệ thống nước uống trong tòa nhà. Ozon được châm vào vòng tuần hoàn của bồn chứa để oxy hóa chất hữu cơ và duy trì dư lượng; UV được lắp tại điểm sử dụng để bảo vệ mét ống cuối mà không thêm dư lượng vào nước uống. Thứ tự rất quan trọng: ozon trước, sau đó bồn chứa, rồi UV, để UV tiếp xúc với nước có nhu cầu oxy hóa thấp.

Một sai sót phổ biến là đặt UV trước bồn tiếp xúc ozon. Ozon trong nước hấp thụ ánh sáng 254 nm, nên liều UV giảm dù công suất đèn vẫn bình thường. Sai sót khác là dùng ozon để khử trùng rồi lắp bộ lọc than hoạt tính ở phía sau mà không kiểm soát lớp than; than loại bỏ dư lượng và có thể tạo điều kiện cho vi khuẩn phát triển nếu không được bảo trì.

Hãy bắt đầu từ vấn đề của nguồn nước, không phải từ thiết bị. Nếu rủi ro là vi sinh và nước trong, UV đơn giản hơn, không để lại dư lượng và không cần tháp tiếp xúc. Nếu nước có màu, mùi, sắt hoặc mangan, hoặc cần bảo vệ bồn chứa và vòng tuần hoàn, ozon đảm nhận nhiều chức năng hơn. Nếu cả hai điều kiện cùng đúng, hãy dùng cả hai theo đúng thứ tự.

UV đơn giản về điện nhưng có vật tư tiêu hao: đèn với tuổi thọ 8,000–9,000 giờ, ống thạch anh, cảm biến và lõi lọc. Ozon cần máy tạo ozon, nguồn khí hoặc oxy, tháp tiếp xúc, thiết bị phá hủy khí thải và nhiều thiết bị đo hơn. Ozon thường cần diện tích lớn hơn, kỹ năng bảo trì cao hơn và quản lý an toàn chặt chẽ hơn; UV thường cần nước sạch hơn và quy trình thay đèn, ống thạch anh nghiêm ngặt.

Không lựa chọn nào là vĩnh viễn. Một nhà máy có thể khởi đầu với UV cho nguồn nước máy trong sạch và bổ sung ozon sau đó nếu nguồn nước thay đổi hoặc có thêm bồn chứa. Khi thiết kế đường ống, nên bố trí sẵn các điểm lấy mẫu và đường bypass để có thể thêm rào chắn thứ hai mà không phải cắt tuyến chính. Cần lặp lại phân tích nước sau mỗi lần thay đổi nguồn, vì lựa chọn khử trùng phải theo chất lượng nước, không phải ngược lại.