Hệ thống xử lý nước bằng ozon — Tạo ozon, tiếp xúc và phá hủy khí dư

Hệ thống ozon tạo ozon tại chỗ từ không khí khô hoặc oxy, hòa tan ozon vào nước, duy trì tiếp xúc đủ lâu để oxy hóa các hợp chất mục tiêu và phá hủy lượng ozon còn lại trong khí xả. Ozon được tạo ra bằng phóng điện vầng quang qua lớp điện môi trong buồng phản ứng thép không gỉ. Ozon không thể lưu trữ, vì vậy lượng tạo phải khớp với nhu cầu.

Một dây chuyền hoàn chỉnh gồm tiền xử lý khí cấp, máy tạo ozon, thiết bị phun, bình tiếp xúc, thiết bị phá hủy khí dư và hệ điều khiển đọc ORP hoặc ozon hòa tan. Ozon là chất oxy hóa, không phải bộ lọc: nó chuyển sắt, mangan, các hợp chất gây màu và mùi ở dạng hòa tan thành dạng mà lọc hoặc than hoạt tính có thể loại bỏ.

Máy tạo ozon thương mại có dải công suất từ khoảng 10 g/h cho một điểm uống nước nhỏ đến vài kg/h cho một nhà máy. Công suất danh định luôn được công bố tại một nồng độ oxy, điểm sương và nhiệt độ làm mát xác định, vì vậy cần so sánh báo giá trên cùng một cơ sở.

Ozon phải hòa tan chứ không chỉ sục bọt qua nước. Bộ phun venturi tạo chân không hút khí vào dòng nước, còn bộ trộn tĩnh hoặc tháp tiếp xúc cho bọt khí thời gian truyền khối. Tháp ngược dòng có đĩa phân phối khí ở đáy và nước vào từ đỉnh đạt hiệu quả truyền khối cao; cột sục bọt đơn giản hơn nhưng cao hơn. Hiệu quả truyền khối phụ thuộc vào kích thước bọt, độ sâu và nhiệt độ nước; phần không hòa tan được đưa tới thiết bị phá hủy.

Thời gian tiếp xúc thường là 5–15 min đối với nước uống, lâu hơn đối với oxy hóa sắt và mangan. Bình tiếp xúc phải được thông hơi tới thiết bị phá hủy ozon, và nước cần được khử khí trước khi vào bồn chứa hoặc tầng than hoạt tính. Bộ phun được chọn theo lưu lượng nước đỉnh và tỷ lệ khí/lỏng; quá nhiều khí ở lưu lượng thấp sẽ tạo bọt và giảm hiệu quả truyền khối.

Công suất máy tạo ozon tính bằng gam trên giờ bằng lưu lượng nước (m³/h) nhân với liều ozon (mg/L), rồi chia cho hiệu quả truyền khối. Một m³/h ở 1 mg/L cần 1 g/h trước tổn thất. Do đó dòng 10 m³/h ở 2 mg/L cần 20 g/h khi truyền khối 100%, hoặc khoảng 22–25 g/h khi truyền khối 80–90%.

Liều phải dựa trên nhu cầu ozon của nước, không chỉ dư lượng mục tiêu. Nhu cầu được đo bằng thử nghiệm tại bàn: định lượng mẫu, chờ hết thời gian tiếp xúc và đo dư lượng. Hàm lượng sắt, mangan, màu hoặc nitrit cao sẽ tiêu thụ ozon trước khi bắt đầu khử trùng. Cộng nhu cầu với dư lượng mục tiêu trước khi chọn máy tạo ozon.

Ozon phân hủy thành oxy, với chu kỳ bán rã khoảng 20–30 min trong nước sạch ở 20 °C và ngắn hơn nhiều trong nước có chất hữu cơ hoặc kim loại. Ozon không để lại dư lượng bền trong mạng phân phối, nên chỉ bảo vệ bình tiếp xúc và bồn chứa mà không bảo vệ được vòng tuần hoàn dài. UV chỉ tác động khi nước đi qua đèn và cũng không để lại dư lượng.

Ozon là chất oxy hóa, có thể loại màu, mùi và kim loại; UV là phương pháp khử trùng quang hóa và không loại được các chất đó. Ozon có thể tạo bromat khi có bromua; UV ở 254 nm thì không. Dùng ozon trước lọc và trước bồn chứa, dùng UV tại điểm sử dụng.

Bảo trì tập trung vào khí cấp và thiết bị phá hủy. Thay chất hút ẩm của máy sấy và các bộ lọc theo lịch, giữ điểm sương thấp, vệ sinh mạch làm mát máy tạo ozon và hiệu chuẩn cảm biến ozon hoặc ORP. Thay xúc tác của thiết bị phá hủy hoặc kiểm tra bộ gia nhiệt hằng năm. Dự phòng cầu chì, van điện từ và màng cảm biến: phần lớn sự cố dừng máy là do khí cấp hoặc thiết bị đo, không phải do hỏng máy tạo ozon.