Ozone (O]3) è uno dei più potenti ossidanti e disinfettanti disponibili per il trattamento delle acque, distruggendo efficacemente batteri, virus, protozoi e contaminanti organici senza lasciare residui chimici di lunga durata. Tuttavia, le prestazioni di un sistema di ozonazione dettagliata dipende fortemente dalla scelta della giusta generazione e tecnologia di consegna per la qualità specifica dell'acqua, il volume e l'applicazione sbagliata.

Comprendere le tecnologie di generazione dell'ozono

L'ozono deve essere generato in loco perché è instabile e si decompone rapidamente. I tre metodi principali per generare ozono sono corona scarico[], ]ultraviolet (UV) radiazione, e ]] cellule elettrolitiche (elettroche)

Corona Discharge (CD) Generatori di Ozono

I generatori di scarico Corona sono di gran lunga la tecnologia più comune per il trattamento dell'acqua industriale e comunale. Producono l'ozono passando una corrente alternante ad alta tensione attraverso un divario dielettrico attraverso il quale l'ossigeno (sia da aria che da fonte di ossigeno concentrata) scorre.

I vantaggi principali della scarica corona includono la scalabilità (da piccole unità per torri di raffreddamento a grandi sistemi che trattano milioni di galloni al giorno), l'alta concentrazione di ozono gas-fase e la capacità di modulare l'uscita regolando il flusso di energia o di gas. I sistemi CD producono anche meno sottoprodotti indesiderabili rispetto ai generatori UV quando si utilizzano ossigeno puro.

Generatori di ozono ultravioletti (UV)

I generatori di ozono UV utilizzano lampade a mercurio a bassa pressione o a media pressione emettendo luce ultravioletta a lunghezze d'onda intorno al 185 nm per dissociare ossigeno molecolare. Questo metodo produce una bassa concentrazione di ozono—tipicamente 0.1%–0,5% in peso]]] – ed è adatto per applicazioni a piccola scala o speciali.

I generatori UV non possono fornire la forza di trasmissione di massa necessaria per applicazioni ad alta domanda come la disinfezione di acqua torbida o la distruzione di carichi organici pesanti. Inoltre producono intrinsecamente l'ozono come sottoprodotto accanto alle radiazioni UV, che possono causare degradazione fotolitica dell'ozono già nell'acqua se il sistema è scarsamente progettato. Tuttavia, per i sistemi di manutenzione di acquari residenziali a basso flusso, punto di uso di acqua

Elettrolitici (elettrochimici) Generatori di Ozono

La generazione di ozono elettrolitico utilizza una corrente diretta che passa attraverso una cella elettrolitica appositamente progettata che contiene acqua e un elettrolita conduttivo (spesso dopata con una bassa concentrazione di un sale non tossico). L'ozono viene prodotto direttamente all'anodo. Questo metodo produce concentrazioni di compressori di ozono nella fase di gas del 10%-20% o superiore, ma la portata totale è relativamente bassa.

Questi sistemi sono particolarmente attraenti per le applicazioni industriali che richiedono un'ozono ad alta concentrazione a bassi volumi, come la risciacquatura sterile nella produzione farmaceutica, la pulizia dei wafer dei semiconduttori, o la sanificazione delle bevande ad alta purezza.

Metodi di consegna e dissoluzione dell'ozono

Per essere efficace, il gas ozono deve essere trasferito in modo efficiente nel flusso dell'acqua. I due metodi di consegna principali sono diffusori a catena ] e iniettori diventuri[]]. Ognuno è adatto a diversi design di contattore e pressioni di applicazione.

Diffusori fini e ingombranti

Il gas dell'ozono viene distribuito attraverso diffusori ceramici porosi o a membrana posti in fondo ad un serbatoio di contatto profondo. Come le bolle si alzano, l'ozono si dissolve nell'acqua. Questo metodo è ben stabilito per grandi portate nelle piante di acqua potabile municipale dove i serbatoi di contatto profondi (5-7 metri) permettono lunghi tempi di soggiorno. L'efficienza del trasferimento di massa dipende fortemente dalla dimensione della bolla (le piccole bolle aumentano l'area superficiale) e la profondità dell'acqua.

Iniettori Venturi

Gli iniettori di Venturi creano una caduta di pressione che disegna il gas dell'ozono in un flusso laterale dell'acqua, che viene poi reintrodotto nel flusso principale dell'acqua. Questo metodo fornisce molto alta efficienza di trasferimento di massa (90% o più) in un'impronta compatta.

Scegliere tra i diffusori e i Venturis

  • A bassa velocità:[] I diffusori funzionano bene a portate molto elevate con perdita di testa bassa; i venturi sono migliori per portate medie dove lo spazio è limitato.
  • Profondità dell'acqua:[ I diffusori richiedono sufficiente profondità del serbatoio (≥5 m) per una dissoluzione efficiente; i venturi possono lavorare in installazioni poco profonde o retrò.
  • concentrazione dell'ozono:[] Venturis tipicamente gestisce concentrazioni di ozono più elevate senza gradienti di concentrazione.
  • Maintenance:[] I diffusori richiedono una pulizia periodica o una sostituzione delle membrane; i venturi sono a bassa manutenzione ma si basano sull'affidabilità della pompa.

Fattori chiave nella selezione della tecnologia di ozonazione

Oltre al metodo di generazione e al sistema di consegna, diversi parametri tecnici ed economici devono essere valutati per scegliere la soluzione di ozonazione più appropriata.

Tasso di flusso dell'acqua e domanda dell'ozono

Il consumo di ossigeno è di solito espresso in milligrammi di ozono per litro di acqua (mg/L) o grammi di ozono per metro cubo (g/m3]]). La massa totale di ozono richiesta per ora (kg/h) è il prodotto di flusso (m3[FLT: Flussi di piccola dose elettrone]/h) e domanda

Requisiti di concentrazione dell'ozono

Alcune applicazioni richiedono un gas ad alta concentrazione di ozono per ottenere una rapida disinfezione o ossidazione di contaminanti recalcitrant. Ad esempio, il trattamento dell'acqua potabile con alti livelli di materia organica naturale (come durante eventi di fioritura alga) beneficia di concentrazioni di ozono elevate per ridurre al minimo il volume di bolla e migliorare la cinetica di trasferimento di massa.

Parametri di qualità dell'acqua

  • pH e alcalinità:[[] Il tasso di decomposizione dell'ozono è accelerato ad alto pH (sopra 8). I sistemi che trattano l'acqua alcalina possono avere bisogno di dosaggi ozono più elevati o di regolazione del pH secondario. I radicali bicarbonati e carbonati possono agire come scavengers, riducendo l'effetto ossidativo dell'ozono sui contaminanti target.
  • Turbidità e solidi sospesi:[] Particelle schermano i microrganismi e creano una domanda di ozono che abbassa l'efficienza disinfezione.Per acque altamente torbide, pre-filtrazione o dosi di ozono superiori sono necessari, favorendo generatori CD con serbatoi di contatto profondi.
  • Carbone organico disciolto (DOC): La reazione dell'ozono-DOC consuma l'ozono e produce sottoprodotti biodegradabili (aldeidi, chetoni). In acqua potabile, la biofiltrazione post-ozono è spesso necessaria. Il rapporto ozono-DOC è un fattore di progettazione critico.
  • Temperatura:[] L'emivita dell'ozono diminuisce quando la temperatura aumenta. Le acque più calde richiedono una dosaggio più frequente o volumi di contatto più grandi.

Considerazioni operative

[LT] I sistemi di raffreddamento ad acqua (dT) sono un fattore importante. I generatori di CD che consumano ossigeno prodotti da un sistema di adsorbimento ad alta pressione (PSA) possono ottenere intensità di energia di 8-12 kWh per kg di ozono prodotto. I generatori UV consumano circa 15–25 kWh/kg, mentre i generatori elettrolitici variano da 15–30 kWh/kg, ma evitano i costi di alimentazione [FFFFFFFF]

Costo totale e di bilancio della proprietà

Per i sistemi CD, la spesa iniziale dei capitali (CAPEX) può essere elevata a causa della preparazione del gas di alimentazione, del raffreddamento e dei costi del serbatoio di contatto. I sistemi UV hanno una bassa CAPEX ma una spesa operativa elevata (OPEX) per grammo di ozono a causa della sostituzione della lampada e della bassa efficienza. Le unità elettrolitiche hanno un medio CAPEX ma possono essere economicamente efficienti quando è necessaria una maggiore purezza di concentrazione e la logistica del gas di alimentazione è difficile.

Raccomandazioni specifiche per l'applicazione

Di seguito sono riportate raccomandazioni su misura per le applicazioni più comuni di trattamento dell'acqua, in base ai fattori sopra descritti.

Acqua potabile comunale

L'uso di sostanze chimiche e di sostanze chimiche (in particolare:

Piscine e Acqua Ricreativa

Le piscine sono generalmente ricircolo dei flussi di 50-500 m3 / h e richiedono una disinfezione costante per mantenere bassi livelli di cloro combinati e prevenire cloramine. Generatori di ozono UV combinati con l'iniezione di venturi] sono popolari a causa della loro piccola impronta e capacità di adattarsi alle linee di circolazione laterali esistenti

Trattamento delle acque reflue industriali

L'ozono viene utilizzato per la rimozione dei residui di ozono (COD) e per la riduzione della domanda di ossigeno (COD) e per la disinfezione. La sfida chiave è l'elevata e variabile domanda di ozono. I generatori di scarico di corona con alimentazione di ossigeno sono quasi sempre necessari per la necessità di un elevato trasferimento di ozono

Elaborazione di acqua e bevande in bottiglia

Nel settore alimentare e delle bevande, l'ozono viene utilizzato come disinfettante per acqua di risciacquo e un sanificante per serbatoi e tubazioni. La qualità dell'acqua deve essere elevata, con bassa torbidità e organici di fondo. Entrambi i generatori di oleoto sono ben adatti per piccoli generatori di dose di mg

Acquacoltura e torri di raffreddamento

I sistemi di acquacoltura (RAS) utilizzano l'ozono per controllare gli agenti patogeni, ridurre la torbidità e migliorare la salute dei pesci. Le dosi dell'ozono sono basse (0.1–0.3 mg/L) e devono essere controllate con attenzione per evitare di danneggiare la vita acquatica.

Conclusioni

La decisione si basa su un'attenta analisi del volume dell'acqua, della domanda dell'ozono, della chimica dell'acqua, dei vincoli di struttura e del costo totale della proprietà. Per applicazioni urbane e industriali su larga scala, i generatori di scarico corona con alimentazione dell'ossigeno e i contatti di venturi o diffusori forniscono la soluzione più robusta ed economica.