(הופנה מהדף טקסטיל והשלמת פעילות גופנית) מייצרים כמויות גדולות של פסולת עם צבעים סינתטיים, כימיקלים שאריות, חומר אורגני (חומר אורגני) של חומרים אלה, מפחית חדירה קלה במי מקבל מים, פגיעה בפוטוסינתזה מימית ובמערכות אקולוגיות.

מה זה Ozonation?

Ozonation הוא תהליך חמצון מתקדם אשר מנצל גז אוזון כדי להפחית את המזונאים האורגניים והאורגניים במים.Ozone אינו יציב בשלב האקוסיבי וניתוק במהירות, ייצור רדיקלים הידרוקסיל (OH) במיוחד בתנאי אלקליין.

ניתן ליצור על ידי פריקה או שיטות אלקטרוליטיות.שחרור קורונה עובר אוויר יבש או חמצן דרך שדה חשמלי גבוה, לייצר זרם גז המכיל 1–10% אוזון על ידי משקל.דור אלקטרוליטי מייצר ריכוזים אוזון גבוה יותר (עד 20%) אבל לצרוך יותר אנרגיה עבור גרם של גז של אוזון.

מסלולי התגובה מחולקים באופן רחב לשתי קטגוריות:

  • < חזק>הההוק: אוזון מולקולרי מגיב באופן סלקטיבי עם מוזיות עשירות אלקטרוניות כגון אג"ח כפול, טבעות ארומטיות, ואמדנים.נתיב זה משמיד ב pH נמוך (pH < 4) ומוביל לגוון מהיר.
  • (ב) ⁇ (ב[[המאה ה-20]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] ו[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]

כיצד Ozonation עובד בטיפול ב-Preel Wastewater Treatment

מערכת אוזון טיפוסית עבור טקסטיל effluent מורכב גנרטור אוזון, מיכל מגע או עמודה, יחידת אוזון דה-הרס עבור גז, ומכשיר ניטור.השפכים מוכנסים לתוך המפנה, שבו גז אוזון מוצג בזרימה בין-זמנית או משותפת.

דור האוזון והאכילה

עבור מוצרי פסולת, שיעורי ייצור האוזון בדרך כלל נע בין 50 ל 500 גרם OIRLT:030303030303303303FLT 1 /h, בהתאם לשיעור זרימה ועומס מזוהההה. ריכוז גז נשמר בין 20 ל 50 גרם OFillo:203303FLT 3: 3 / Nm3, שיפור העברת חמצן גבוה יותר, אך עלייה בצריכת האנרגיה היא לעתים קרובות בגלל שהיא מניבה ועלויות גבוהות יותר של חמצן (או יותר) או יותר מאשר לחץ אוויר (או יותר) או יותר מאשר לחץ אוויר (או יותר).

הזריקה ומגע

מגע גז אמין הוא קריטי.המגעים הנפוצים כוללים:

  • (FLT:0)Bubble עמודה: FLT:1 עיצוב פשוט, מתאים לזרמים בינוניים.עמודות עמוק (3-6 מ') להגדיל את זמן המגע וניצול האוזון (עד 90%).
  • (FLT:0) ערבוב סטטי: 1FLT יוצר תנופה גבוהה ובועות קטנות, השגת > 95% יעילות העברת האוזון בכורות קומפקטיים.
  • (ב) ⁇ :0) ,Venturi injector:FLT:1 יוצר לחץ שלילי למשוך אוזון לתוך זרם המים.

תגובה ודהגרדציה

לאחר שהתפרק, אוזון מגיב מיד עם מולקולות צבע, בדרך כלל שובר אג"ח של אגוזו (-N=N) בתוך שניות. חורבן Chromophore נצפה כצבעות מהירה, לעתים קרובות מגיע > 90% הסרה ב-5-10 הדקות הראשונות של מגע.Simultanely, ozone וקיצוניים לתקוף תרכובות אורגניות, צמצום COD ו- TOC.

טיפול Off-Gas

האוזון הלא-מתוק, המשאיר את המפנה חייב להיהרס לפני האוורור, מאחר ואוזון רעיל לבני אדם ולסביבה.הרס הירומלי (ב-350–400 מעלות צלזיוס) או הרס קטליטי (באמצעות זרזים מבוססי MnO2) הם שיטות סטנדרטיות.

מכניזם של צבע וחומר אורגני

צבעי טקסטיל הם מגוונים מבנית, אבל הרוב הם צבעי azo (70% מהייצור העולמי) אוזון מגיב עם צבעי זזו על ידי התקפה אלקטרופילרית על האגזה טבעות ארומטיות צמודות, ויצרו שברים אורגניים קטנים יותר (למשל, nitroso, nitroso, nitro ו תרכובות carboxylic) כי הם עוד מחמצן למים ותגובת התגובה יכול להיות פשוטה:

R-N=N-R' + O3 , R-NO + R'NO + O2 , R-NO2 + R'-NO2 + .

יעילות הסרת צבע תלויה במבנה הצבעים:

  • (FLT:0) צבעי אזו: 1FLT 1 (>95%) במינונים בינוניים של האוזון (0.5-2 מ"ג O3 ל מ"ג צבע).
  • (ב) ,0) צבעי אנתראקונון: 1FreaLT:1 עמיד יותר; דורש מינון האוזון גבוה יותר וזמן מגע ארוך יותר.
  • (ב) צבעי חומצה וחומצה: FLT:1 oxidized; לעתים קרובות להראות 80-95% צבע.
  • (ב) ,0) צבעים: כפל 1: פחות מסובך, עשוי להיות צורך בטיפול מוקדם כדי להגביר את הקשר.

עבור חומר אורגני (התבטא כ- COD, BOD, או TOC), אוזון מגיע עד 70% הסרת COD ב -30 הדקות הראשונות, לאחר שהקצב מאט בשל הצטברות של ביניים חוזרים. אוזון מוכח יכול להגדיל את יכולת הביו-דרדורד (יחס BOD/COD) מ 0.1–0.2 ל-0.4-0.6, מה שהופך את ה- effluent לטיפול ביולוגי מתאים לאחר מכן.

הפרמטרים התפעוליים משפיעים באופן משמעותי על הביצועים:

  • (FLT:0)pH:BuildFLT:1) ב pH נמוך (2-4, אוזון ישיר שולט, נותן צבע מהיר אבל מינרליזציה מוגבלת. ב- pH גבוה (8–11), מסלול רדיקלי משפר את הסרת COD /TOC אבל צריכת האוזון עולה עקב ירידה מהירה יותר. pH אופטימאלי עבור פסולת טקסטיל הוא בדרך כלל 7-9, איזון צבע ועלויות.
  • (FLT:0) Temperature:FLT:1 שיעור התגובה עולה עם טמפרטורה (עד 30-40 מעלות צלזיוס), אבל מעל 40 מעלות צלזיוס טיפות פיות חדה, צמצום היעילות.
  • (FLT:0)Scavengers: FLT:1 , 1 פחמני ו- bicarbonate ions (common in טקסטיל effluents) scavenge hydroxyl רדיקלים, צמצום יעילות מינרליזציה.זה יכול להיות מופחת על ידי הורדת אלקלין או באמצעות מנה גבוהה יותר של האוזון.

היתרונות של Ozonation

Ozonation מציעה מספר יתרונות ברורים על שיטות טיפול קונבנציונליות עבור פסולת טקסטיל:

  • (FLT:0) הסרת צבע Exceptional:FLT:1 אוזון הורס במהירות את chromophores, השגת > 95% ירידה צבע דקות. הסרת צבע היא לעתים קרובות הרבה יותר טובה מאשר עם coagulation או טיפול ביולוגי לבד.
  • (FLT:0) ללא פיגור משני: FLT:1 בניגוד לקידוד כימי (אשר יוצר כמויות גדולות של מזחלת מתכת-תחמוצת-חמצני) או תהליכים ביולוגיים (אשר מייצרים ביומסה פסולת), אוזון לא משאיר שאריות מוצקות.כל מוצרי החמצן נמצאים בשלב המתמוסס או בורחים כמו גזים (CO2, N2).
  • (FLT:0) שיפור יכולת ביולוגית: ⁇ 1) Ozonation פורץ למטה מולקולות של מזהמים מחדש לתרכובות אורגניות פשוטות יותר, יותר ביו-דידות יותר.זה מאפשר שלב ביולוגי לאחר מכן (למשל, פענוח מופעל, MBBR) כדי להסיר את ה- COD ביעילות רבה יותר, צמצום עלויות הטיפול הכלליות.
  • (ב) ⁇ :0 (ב) ⁇ :0) ⁇ (Ozone) הוא חיידקים חיטוי רב עוצמה, יזום חיידקים, וירוסים, ופרוטוזוה.זה מועיל כאשר מים פסולת משוחררים לגופים רגישים מים או לשימוש חוזר לשקיה.
  • (FLT:0)Versatility: 1FLT) יכול לטפל במגוון רחב של משככי טקסטיל - מנפיחות כותנה ל אמבטיות צבע סינתטי - עם התאמות תהליכים מינימליים.זה גם מסיר micropollutants (למשל, נושרים, גולשים) כי לברוח טיפולים אחרים.
  • (ב) ריח וצבע בפזורה סופית: FLT:1 מתייחס מים הופך ברור וחסר ריח, שיפור איכות אסתטית לשימוש חוזר בתוך המפעל (למשל, צבע של גוונים אפלים).

לפי ה-FLT:0.U.S. EPAIRFLT:1, האוזון הוא בין החמצנים היעילים ביותר עבור צבע והפחתה של מים תעשייתיים, והתקדמות ביעילות הגנרטור הפכה אותו ליותר קיימא מבחינה כלכלית בעשור האחרון.

אתגרים ומגבלות

למרות היתרונות שלה, אוזון אינו ללא אתגרים:

  • (FLT:0) צריכת אנרגיה גבוהה: FLT 1 הדור של אוזון דורש 15-20 קילוואטה לכל קילוגרם של אוזון המיוצר (אוויר מוזן) או 8-12 קילוואטh / ק"ג O3 (oxygen) עבור צמח טקסטיל טיפוסי טיפול 5,000 מ"ר / יום עם מנה של 50 מ"ג / L, עלות אנרגיה יומית יכולה לעלות על $ (ב $1,000 / $ / 0 / Wh) עבור חשבונות עבור $ עבור $ עבור $ עבור $ עבור $ 60-7 פועל 60- 70% של עלויות התפעול של 60- 70%.
  • (FLT:0) על ידי יצירת מוצר: 1FLT 1 יכול להפוך תרכובות אורגניות למתחרים פוטנציאליים.לדוגמה, אוזון צבע בזזו עשוי לשחרר אמנדה ארומטית, שחלקם הם נגרנים.בנוסף, בנוכחות של תולעים ברום, אוזון טפסים אוברו (חוש חשדן של נגרמות אנושית).
  • (FLT:0)Ozone off-gas Treatment:FLT:1 Ozone הוא irritant נשימתי חזק.מערכות חייבות להיות דליפות tight וכוללות יחידות הרס גז, הוספת עלות הון.
  • (FLT:0) מינרליזציה ללא הפיכה: אנדרלינג: 1:1 אוזון עומד לעתים קרובות לא להשיג מינרליזציה מלאה של חומר אורגני.הההסרה של TOC היא בדרך כלל 20–40% לאחר מינונים אוזון מעשי; להגיע ל- 60% דורש מינון גבוה מאוד או רדיקלי-enhanced AOPs.
  • (FLT:0) השקעה קפיטליסטית: גנרטורים של האוזון 1:1, אנשי קשר, ציוד להאכיל חמצן, מערכות הוראה וכליה מייצגים הוצאה משמעותית (לעתים קרובות 200k-$1M עבור מתקנים בינוניים).
  • רגישות:0 (pH רגישות: 1) יעילות מסלול רדיקלי יורדת ב pH נייטרלי אם אלקלין הוא גבוה. מפעילי צריך לפעמים להתאים pH, הוספת עלויות כימיות.

מגבלות אלה עוררו את התפתחותן של תוכניות טיפול משולבות המשלבות אוזון עם תהליכים אחרים, איזון עלות וביצועים.

שילוב עם טכנולוגיות טיפול אחרות

טיפול לפני מערכות ביולוגיות

אחת האסטרטגיות האינטגרציה המוצלחות ביותר היא להשתמש בתיקון כצעד לפני כור ביולוגי.מינון האוזון נשאר מתון (20-40 מ"ג / L) כדי לפרק תרכובות של התחדשות ולהגדיל את יחס BOD /COD על ידי 0.2 עד0.3.השלב הביולוגי שלאחר מכן מסיר את השבר הביולוגי ביעילות רבה יותר.

Ozonation + מופעל פחמן

(ג) ניתן להציב פחמן מופעל (GAC) לאחר שלב אוזון למודעות אורגנים שאריות ולהסיר על ידי מוצרים. Ozone pre-oxidation משפר את יכולת המודעות של GAC על ידי פתיחת המבנה של מולקולות גדולות יותר.יש צמחים המשתמשים ב- Ozonation + GAC עבור reuse מים, השגת איכות גבוהה מתאים להזנת osmosis הפוכה.

Ozonation + Membrane Filtration

אוזנון לפני הביולוגיה של membrane (MBR) או אולטרה-סינון (UF) מפחית את ההונאה על ידי חמצון של חומרים אורגניים ו קולונואידים.זה מרחיב מרווחי ניקוי קרום ומפחית עלויות התפעול.בכמה תצורה מתקדמת, אוזון נעשה ישירות לתוך קו הזנה membrane, המספק חמצון וחיטוי.

קטליטית Ozonation

הוספת זרזים heterogeneous (למשל, Fe2O3, TiO2, Al2O3 נתמך מתכות) משפר את פירוק האוזון לתוך רדיקלים, הגדלת הסרת COD על ידי 20-40% באותו מנה של אוזון.זה מקטין צריכת אנרגיה ועל ידי היווצרות של מוצרי PH.מחקרי טייס באמצעות MnO2-coated membranes הראו תוצאות מבטיחות עבור טיפול במים ניטרליים.

מחקרים ויישומים

מפעל טקסטיל בבנגלדש

מפעל גדול של משחת שיניים וצבע בבנגלדש התקין 10 ק"ג O3 / H ozone כדי לטפל 2,400 m3 / יום של הסתברות משולבת.המטרה הייתה לעמוד בסטנדרטים של שחרור מקומי של 200 מ"ג / L COD ו 50 צבע Pt-Co. לאחר שישה חודשים של פעולה, שלב ההזנה (ד: 40 מ"ג / L, H: 20 דקות) מושג:

  • הסרת צבע: 98% (מ-1,200 עד < 20 Pt-Co)
  • ירידה ב-coD: 55% (מ-600 עד 270 מ"ג / L)
  • יחס BOD/COD גדל מ-0.2 ל 0.38
  • טיפול ביולוגי משמעותי הביא את ה-COD הסופי ל 80 מ"ג / L

הצמח דיווח על חיסכון שנתי של $20,000 בדמי סלפי (לא מפזורה) ולהפחית את צריכת הצבעים עבור צבע קל באמצעות מים ממוחזרים.

פארק טקסטיל בשוקסינג, סין

כדי לעמוד במגבלות השחרור מחמירות יותר (COD < 80 מ"ג / L, צבע < 30), כמה מ"ט טקסטיל במקבץ Shaoxing אימצו רכבות טיפול מתקדמות שכללו אוזון כצעד מלוטש לאחר טיפול משני ולפני osmosis הפוך. ozone מינונים של 30-50 מ"ג / L היו בשימוש עם 15 דקות מגע.המערכת מופחת צבע מ 80 עד 5 t-Co ו- CO2, ו- 120-L.

פרמטרים תפעוליים ואופטימיזציה

תכנון מערכת אוזון יעילה דורש בחירה ובקרה זהירה של הפרמטרים המרכזיים:

אוזון Dose

המינון האוזון הנדרש תלוי בעוצמת הצבעים והעומס האורגני של ה- effluent. A מנה של 30-60 מ"ג O3 לליטר של שפכים אופיינית לרוב מפולנים של הטקסטיל, אך אמבטיות בצבע גבוה יכולות להיות צורך עד 150 מ"ג / L. Dose-res-ponse צריך להיות מפותח באמצעות בדיקות jar או ניסויים טייס כדי למנוע overozonation, אשר עלולים לייצר פסולת מוגזמת.

זמן מגע (HRT)

בעוד שצבעון מתרחש במהירות (<10 דקות), הסרת COD ממשיכה במשך 30-60 דקות. A מעשי HRT של 20-40 דקות מאזן ביצועים ונפח כור. Longer HRT מניב תשואה מופחתת.

pH Control

לתגובות קיצוניות (הפחתת COD), לשמור על pH 8-9.אם היעילות היא אלקליין מאוד (pH > 10), נייטרליות חלקית עם חומצה עשוי להיות הכרחי כדי למנוע זיהום האוזון מהיר מדי.

טמפרטורה

לשמור על 20-30 מעלות צלזיוס.אם פסולת מתהליכים צבועים היא חמה (40-60 מעלות צלזיוס), קירור עשוי להיות נדרש לפני אוזון כדי לשמר את הסוללה של האוזון. לחלופין, מחליפי חום יכולים לפני השימוש בזרם.

בקרת סקווח

אלקליניות גבוהה (>200 מ"ג / L כ- CaCO3) מפחיתה את התשואות הרדיקליות.אם ניתן, להסיר קשיחות פחמן במעלה הזרם (למשל, במשכך של סיד) או להגביר את המינון האוזון ב -10%-20% כדי לפצות.

שיקולים סביבתיים ושיקולים

רגולציה טקסטיל גלובלית היא הידוק.התוכנית של האיחוד האירופי של הרשאות תעשייתיות (IED) ו- Zero Discharge של כימיקלים מסוכנים (ZDHC) קוראת חיסול של חומרים עדיפות כגון אלקלפנולים, chlorobenzenes, ומוצרים מסוימים של הידרדרות צבע בזוס. Ozonation יכול לעזור לעמוד ביעדים אלה על ידי פירוק תרכובות רבות, אבל חייב לוודא כי על ידי פטורה, לעתים קרובות, כגון פילטרים, או פילטרים רגישים.

מנקודת מבט סביבתית, טביעת הרגל של אוזון גבוה יותר מאשר טיפול ביולוגי לבדו, אך בהשוואה לתהליכים מתקדמים חלופיים כגון חמצון פנטון או UV / H2O2O2, אוזון לעתים קרובות יש דומה או נמוך יותר הביקוש לאנרגיה. coupling עם אנרגיה מתחדשת (דור מופעל על ידי חוצות-חושב) הוא תחום מתפתח של מחקר.

מגמות עתידיות

כמה התפתחויות מבטיחות צפויות להפוך את ההזנה יעילה יותר ויעילה יותר עבור פסולת טקסטיל:

  • (FLT:0) אכסון ⁇ : FLT:1 שימוש בזרזים מוצקים (תחמוצות מתכת טרנספורמטיביות, זקולטים, צינורות פחמן) כדי להגביר את הייצור הרדיקלי ב pH נייטרלי, צמצום דרישות האוזון על ידי 30–50%.
  • (FLT:0) ייצור אוזון אלקטרוני: FLT:1 Advances in PEM (פרוטון חילופי membrane) אלקטרוליטיז לייצר אוזון טהור עם צריכת אנרגיה נמוכה יותר (5-8 קילוואט / ק"ג O3) ו טביעת רגל שטח קטנה יותר.
  • (FLT:0) בקרת תהליכים בזמן אמת: FLT:1ir> Online UV-Vis spectrometers, חיישני COD, ו בדיקות פוטנציאליות של חמצון מאפשרות התאמה דינמית של מנה של אוזון המבוססת על איכות בלתי-השפעה, צמצום פסולת ולהבטיח יעילות עקבית.
  • (FLT:0)Hybrid AOPs: ההרחבה 1 (O3/H2O2 (peroxone), O3/UV, או O3/ultrasound, ממוטבים להשגת מינרליזציה כמעט מלאה בעלות סבירה.
  • (FLT:0) אינטגרציה של שימוש במים: 1FLT:1 Ozonation הופך מרכיב סטנדרטי של מערכות מיחזור מים סגור במפעלי טקסטיל, במיוחד כאשר בשילוב עם מנברן ביולוגיים ונומטרוזיס הפוכה.

מסקנה

Ozonation היא טכנולוגיה רבת עוצמה ורב-תכליתית להסרת צבע וחומר אורגני משפכים של טקסטיל.היכולת שלה להשיג שינוי מהיר, לשפר את יכולת הביודידה, ולפעול ללא יצירת סלשן משני עושה את זה בחירה אטרקטיבית עבור צמחי טיפול טקסטיל מודרניים.למרות אתגרים כגון עלות אנרגיה וניהול לוואי של ייצור נשאר, שילוב אסטרטגי עם תהליכים ביולוגיים וממוחניים, יחד עם התקדמות באלקטרו-אופטיקה וזריקתית, הם שיפור מתמיד של אסטרטגיות כדי להמשיך לפעולת תפקיד חיוני כדי להמשיך את תפקוד סביבתית של תעשיית הטקסטיל להמשיך את תפקוד יעיל יותר ויותר.