טיפול במים הוא יסוד לבריאות הציבור, להבטיח כי קהילות יש גישה למים שתייה בטוחים ללא פתוגנים ומזהמים מזיקים.עבור מעל מאה שנים, חיטוי כימי - בעיקר כלור - היו עמוד השדרה של פרוטוקולי חיטוי ברחבי העולם.כימיקלים אלה הוכיחו יעילות רבה יותר בפעולת חיידקים, וירוסים, ו protozoa, צמצום דרמטי של מחלות מים שנולדו, עם זאת, השימוש של חיטוי כימיקלים רבים אחרים ללא חומרים כימיים.

הבנת חומרים כימיים ומשיכתם

חומרים כימיים נפוצים

החיטוי הכימי הנפוץ ביותר בטיפול במים לשתייה כולל כלור חינם, chloramines, וכלור דו-חמצני. חינם chlorine (HOCl / OCl -) הוא זול, יש השפעה חיה חזקה שמגן על מערכות הפצה מים, והוא יעיל נגד ספקטרום רחב של פתוגנים. Chloramines (monochloramine, dichloramine) משמשים לעתים קרובות משני כי הם ממשיכים להיות גמישים יותר, כי הם יכולים להיות פחות חזק יותר על ידי חומרים חמצן, אבל יותר, אבל הוא מסוגל לייצר חומרים גמישים יותר, כמו גם יותר, כמו גם תכונות פחמן דו-חמצני.

יצירת מוצרים של Disinfection Byproducts (DBPs)

כאשר חיטוי כימי מגיב עם חומר אורגני טבעי, bromide, או iodide במים, מגוון של DBPs נוצרים.הקבוצות הנפוצות ביותר מוסדרות הן trihalomethanes (THMs) וחומצות haloacetic (HA) חשיפה לטווח ארוך לרמות גבוהות של THMs ו- HAAS קשורה בסיכון מוגבר לסרטן שלפוחית השתן ותוצאות פוריות אחרות.

בריאות ודאגות סביבתיות

מעבר DBPs, הייצור וההובלת חיטוי כימי לשאת עלויות סביבתיות.ייצור Chlorine הוא אנרגיה רגיש ומייצר פסולת מסוכנת. גז Chlorine מהווה סיכון רעילות חריפה במקרה של שחרור מקרי. הדור הדו-חמצני Chlorine דורש ניהול זהיר של כימיקלים מבשרים. rezonualחיטוי המשוחרר לתוך קבלת גופי מים יכול להיות רעיל לחיים מימיים.

מה זה Ozonation?

כימיה אוזון ואכזבת מכניזם

אוזון (OteauFLT:0)3FLT:1) הוא גז תגובתי מאוד המורכב משלושה אטומים חמצן.It הוא אחד החמצנים החזקים ביותר הזמינים לטיפול במים, עם פוטנציאל חמצון שנייה רק לפלואורנין.כאשר מוחל על מים, אוזון מגיב ישירות דרך אוזון מולקולרי או עקיף באמצעות הדור של רדיקלים הידרוקסל (OH), במיוחד על ידי ספקטרום קיצוני, כולל תרכובות אוקסוגניות חזקות יותר, כולל זיהומים בעלי יכולת גבוהה יותר מאשר זיהומים אופטיים, אוקס.

שיטות דור האוזון

Ozone נוצר באתר כי הוא לא יציב ויש להשתמש בו מיד.השיטה התעשייתית הנפוצה ביותר היא פריצה כלולה, אשר עובר הפרשות מחסום דיאלקטרי דרך זרם של חמצן (או אוויר יבש) כדי לחלק את OIRLT:0203FLT:1 לתוך חמצן אטומי כי אז recombine לתוך OFLT:2FLT 3FLT 3 (או אולטרה סגולה) יכול גם לייצר אור אור אור סגולה גבוהה, אבל גם לייצר חמצן גבוה יותר.

היתרונות של Ozonation Over Chemical Disinfectants

אכזבה יעילה נגד ספקטרום רחב

(א) אוזון הוא ביוציד רב עוצמה כי אינטגרל מגוון רחב של פתוגנים, כולל חיידקים, וירוסים וציסטות (למשל, FLT:0Cryptosporidium parvumFLT:1 ו-FLT:2Giardia fLT 3: 3) אשר עמידים ל chlorine.

לא נשגב כימיקלים חמורים

אחד היתרונות המשכנעים ביותר של אוזון הוא כי אוזון מתפרק בחזרה לחמצן (OveFLT:0) 22FLT:1) בתוך דקות לאחר יישום.בניגוד לכלור, אשר משאיר שאריות כי יכול להיות רעיל וצורה DBPs במערכת ההפצה, אוזון אינו נמשך.זה מבטל את הצורך עבור צעד מנקה ומפחית את העומס על הסביבה המינרלית (לא תמיד יש לו חמצן) כי לעתים קרובות יש לו חמצן או יותר מאשר חמצן (אובר) או יותר מדיור (אובר) או יותר) עם זאת, לעתים קרובות, לעתים קרובות, אך לא קיים.

שיפור איכות המים

אוזון הוא חמצון חזק כי למעשה מסיר את תרכובות הטעם והריח כגון גיאוגרפית ו- 2-methylisoborneol (MIB), אשר נפוצים במים פני השטח מושפע אצות על ידי אצות. זה גם מקלקל חומר אורגני מכוסה צבע וחמצן ברזל ומניגן, המאפשר הסרתם על ידי סינון מים.

צמצום השימוש הכימי ו- DBP Formation

על ידי החלפת או צמצום המינון של חיטוי כימי, אוזון מוריד ישירות את הפוטנציאל להיווצרות DBP. מים מטופלים עם אוזון כמו החיטוי העיקרי בדרך כלל מכיל רמות נמוכות בהרבה של THMs ו- HAAs גם לאחר שלב ההסרה במורד הזרם. חלק מהשירותים השתמשו בהצלחה במינון הכלורין החופשי עד 50% לאחר יישום מוקדם של טיפול.

אתגרים ושיקולים

עלויות ציוד ואנרגיה

מערכות עוץ דורשות ציוד מיוחד: גנרטורים של האוזון, חדרי מגע ומערכות הרס גזים מחוץ לגז.הההון עלות רטרוfitting צמח קיים יכול להיות משמעותי.מבצע דורש גם אנרגיה חשמלית משמעותית - באופן זמני 6 עד 12 קילו ל 12 קילו לנגב של אוזון המיוצר מהאוויר או חמצן.

דרישות קצרות של Half-Life ו- Contact Time

אוזון יש מחצית חיים במים הנעים בין שניות ל דקות, בהתאם לאיכות המים, הטמפרטורה ו- pH. טבע זה אומר כי חיטוי חייב להתרחש במהירות בתוך אגן מגע. Adequate ערבוב וזמן שימור הם חיוניים כדי להבטיח CT (זמן ריכוז × זמן) עבור inactivation פתוגנית הם נפגשו.עיצוב קשרים כדי למקסם את ההעברה ההמונית והימנעות קצר הוא קריטי.

דאגות בטיחות

גז אוזון רעיל ויכול לגרות את מערכת הנשימה, כל כך ניטור הולם ואוורור הם חובה. גנרטורים של אוזון חייב להיות שוכנו בחללים מאומנים היטב, ומערכות זיהוי דליפות נדרשים. עם זאת, בניגוד גז chlorine, אוזון מתפרק במהירות באוויר, צמצום הסיכון לחשיפה ממושכת. מתקנים מודרניים רבים לשקול אוזון בטוח יותר מאשר טיפול בכלור, אבל הסיכון לא ניתן להתעלם ממנו.

יצירת פוטנציאל של Bromate

כאשר מים המקור מכילים סטיות bromide, אוזון יכול לחמצן את bromide כדי לברו (BrOFLT:03miaFLT:1), חשדן של carcinogen אנושי. EPA יש רמה מקסימלית של 10 מיקרוגרם / L עבור bromate במי שתייה. Utiling מימן גבוה, חייב לעזור למזער את רמת ה- pH מתקדמת (אוקסומה) אבל כדי להפחית את המורכבות של דלקת ריאות מתקדמת (אוקסורד) כדי להפחית את רמת ה-דלקת מוקדם יותר) כדי להפחית את רמת ה-דלקת חמצן או לחץ דם מוקדם יותר, אך יש צורך מוקדם יותר, אך כדי להפחית את רמת ה-pbroidation) כדי להפחית את רמת ה-pvd) כדי להפחית את רמת ה-pg / L עבור דלקת ריאות מתקדמת (אוקסורד) כדי להפחית את רמת ה-pvd) כדי להפחית את רמת ה-דלקת מגע (אוקסורד) כדי להפחית את רמת ה-דלקת חמצן גבוהה של עד כדי להפחית את רמת ה-דלקת חמצן גבוהה, אך כדי להפחית את רמת ה-דלקת חמצן גבוהה, אך כדי להפחית את רמת ה-pvg-אוקסורד) כדי להפחית את רמת ה-pbroidg-pbroidg / L

הצצה אל מערכות טיפול מרובות-Barrier

אוזון עם פחמן מופעל ביולוגית (BAC) פיליפטרציה

אוזון מחלק את החומר האורגני, מה שהופך אותו יותר ביו-דידנטי.לאחר אוזון עם מסנן פחמן מופעל ביולוגית מאפשר מיקרואורגניזמים לצרוך מולקולות אורגניות קטנות אלה, עוד להפחית את מבשרי DBP ולשפר את הטעם והריח. שילוב זה - אוזון ואחריו BAC - אומץ על ידי שימושים רבים כאמצעי יעיל להשגת שיפור של הסרת חומרים אורגניים ומיקרו-פולנטים.

אוזון עם דיסינפיציה UV

אוזון ו-UV יכולים לשמש באופן סינרגי.אור UV, במיוחד ב 254 nm, יכול לשבור את האוזון וליצור רדיקלים הידרוקסיל נוספים, יצירת תהליך חמצון מתקדם (AOP) גישה היברידית זו יעילה מאוד להסרת contaminants עקבות עמידים בפני כל תהליך בנפרד.בנוסף, UV יכול לפעול כצעד חיטוי, הבטחת inactation אם האוזון אינו מספיק CT.

אוזון כחלק מתהליך Oxidation מתקדם (AOP)

כאשר אוזון משולב עם מימן peroxide (HFLT:0ir2FLT) 1O03FLT:203FLT 3) או UV, התוצאה היא AOP אשר מייצרת ריכוז גבוה יותר של רדיקלים הידרוקסיל.זה שימושי במיוחד עבור מפולנים מחיתולים כמו 1,4-dioxanex,NDMA, וחומרי הדברה מסוימים יכול להיות נמוך יותר של זיהום מינרלים, בהשוואה להפחתה של חומרים מינרלים ולהפחית את עלויות זיהום, בהשוואה לזיהומים מינרלים קונבנציונליים, בהשוואה להפחתה של זיהום אווירי חשמל קונבנציונליים, בהשוואה להפחתה של חומרים מינרלים ולהפחית.

לימודי מקרים ואימוץ התעשייה

כמה אמצעי שתייה בינוניים לגדולים ברחבי העולם יש שילוב מוצלח של אוזון כדי להפחית את השימוש הכימי.לדוגמה, המחלקה לוס אנג'לס של מים וכוח לוס אנג'לס Aqueduct Filtration צמחית משתמשת באוזון כמו החיטוי העיקרי, להפחית באופן משמעותי את הביקוש chlorine ואת DBP היווצרות. העיר Zürich, שוויץ, מעסיקה אוזון לטעם ושליטה ויש לו השפעה משמעותית על ידי דלקת ריאות, אך לא רק עם מים עונתיים.

פרספקטיבה עתידית ודרכים מחקר

ניכוי עלויות ואנרגיה

התקדמות בטכנולוגיית הדור של האוזון - כגון שחרור של אנרגיה נמוכה באמצעות אספקת חשמל גבוהה, שיפור חומרי דיאלקטרי, והשימוש במזהמים חמצן - הם בהתמדה צמצום עלויות התפעול.על-ידי הדור חמצן באתר, לעתים קרובות באמצעות מודעות לחץ נדנדה, הופך להיות יותר סביר.אינטגרציה עם מקורות אנרגיה מתחדשת יכול להוריד עוד את טביעת הרגל של אוזון.

מערכות היברידיות ושילוב תהליכים

המחקר ממשיך להשגת אוזון עם סינון membrane (אוזון ואחריו אוסמוזה הפוכה או ננומטרציה) כדי להשיג סטנדרטים באיכות מים גבוהה מאוד, כולל מערכות היברידיות שניתן לשלב אוזון עם אלקטרוקוגניציה, photocatalysis, או sonoכימיה הם גם נחקר. אלה עשויים להציע הסרת משופרת של פתוגים ו micropollutants תוך כדי minimizing על ידי היווצרות.

מגמות רגולטוריות

כפי שתקנות DBP מתדקות ברחבי העולם, הכלים יבקשו דרכים חדשניות להפחית את השימוש בחיטוי כימי.החוק של האיחוד האירופי לשתייה מים (2020) ו- EPA של שלב 1 ושלב 2 DBP קובע יותר ויותר מגבלות נמוכות עבור THMs ו- HAAs. תקנות אלה יוצרות נהג חזק לאמץ חמצון, במיוחד עבור אספקת מים גבוהה בחומר האורגני.

מסקנה

Ozonation מייצגת נתיב משכנע קדימה עבור מתקני טיפול במים המבקשים להפחית את התלות שלהם על חיטוי כימי.היכולת שלה להפעיל מחדש פתוגנים עמידים כלורינה, לשפר את איכות המים האוניבפטית, ומבנה DBP נמוך באופן דרסטי הם יתרונות משמעותיים. בעוד אתגרים לגבי עלות הון, שימוש באנרגיה, שליטה משולבת קיים, מחקר מתמשך וחדשנות טכנולוגית עושים אומדורגת יותר יעיל וסביר להניח כי הוא משולב לתוך מסגרת טיפול כימי.

(ב) עיין במידע של הסוכנות (ה-FLT:0) על חיטוי על תוצרי לוואי של חיטוי (Fillos) 1 (FLT:2WHO שתו הנחיות איכות מים 3, וסקירה טכנית של טכנולוגיית ה-FLT:4ozonation for water TreatmentFLT:5 for a Deep לצלול לתוך תהליכי חמצון מתקדמים, theLTF:6 Science Reference on aDirects on aLTs.