1. Einführung in Ozon

Ozon mit der chemischen Formel O3, auch bekannt als dreiatomiger Sauerstoff oder Superoxid, ist nach seinem fischigen Geruch benannt und kann bei Raumtemperatur selbst zu Sauerstoff reduziert werden. Es hat ein höheres spezifisches Gewicht als Sauerstoff, ist leicht wasserlöslich und zersetzt sich leicht. Da Ozon aus Sauerstoffmolekülen besteht, die jeweils ein Sauerstoffatom tragen, befindet es sich nur in einem temporären Zustand. Die mitgeführten Sauerstoffatome werden durch Oxidation verbraucht, die verbleibenden verbinden sich zu Sauerstoff und erreichen einen stabilen Zustand. Daher verursacht Ozon keine Sekundärverschmutzung.

Die Zersetzungsrate von Ozon in wässriger Lösung ist höher als in der Gasphase. Die Halbwertszeit der Ozonzersetzung in Wasser hängt von Temperatur und pH-Wert ab. Mit steigender Temperatur beschleunigt sich die Zersetzungsrate. Über 100 °C tritt eine starke Zersetzung ein; ab 270 °C kann Ozon sofort in Sauerstoff umgewandelt werden. Je höher der pH-Wert, desto schneller die Zersetzung. In Luft zersetzt sich Ozon bei normaler Temperatur und Druck; die Halbwertszeit beträgt etwa 15–30 Minuten.

2. Anwendung von Ozon in der Wasseraufbereitung

Bei der Abwasserbehandlung mittels Ozonoxidation wird Luft oder Sauerstoff mit geringen Ozonkonzentrationen verwendet. Die wichtigsten Prozessanlagen bestehen aus Ozongeneratoren und Luft-Wasser-Kontaktgeräten. Die Ozonoxidation wird hauptsächlich zur Wasserdesinfektion, zur Entfernung von Schadstoffen wie Cyanid, zur Entfärbung von Wasser, zur Entfernung von Metallionen wie Eisen und Mangan sowie zur Beseitigung von Gerüchen und unangenehmen Gerüchen eingesetzt.

1. Desinfektion von Wasser:

Ozon ist ein breitbandiges und schnell wirkendes Fungizid, das verschiedene pathogene Bakterien sowie resistente Sporen, Viren usw. besser abtötet als Chlor. Nach der Ozondesinfektion verbessern sich die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Wassers, wie Trübung und Farbe, deutlich. Der chemische Sauerstoffbedarf (CSB) kann in der Regel um 50–70 % gesenkt werden. Durch die Ozonoxidationsbehandlung können auch krebserregende Stoffe wie Benzo(a)pyren entfernt werden.

2. Schadstoffe wie Phenol und Cyanid aus dem Wasser entfernen:

Die tatsächliche Ozonmenge und die Reaktionsgeschwindigkeit, die zur Behandlung von phenol- und cyanidhaltigem Abwasser mithilfe der Ozonmethode erforderlich sind, hängen von der Schadstoffmenge im Wasser, beispielsweise Sulfiden, und vom pH-Wert des Wassers ab. Daher ist eine notwendige Vorbehandlung erforderlich. Zur Oxidation von Phenolen im Wasser zu Kohlendioxid und Wasser beträgt der theoretische Ozonbedarf das 7,14-fache des Phenolgehalts. Bei der Oxidation von Cyanid mit Ozon wird Cyanid im ersten Schritt zu leicht giftigen Cyanaten oxidiert. Die erforderliche Ozonmenge beträgt theoretisch das 1,84-fache des Cyanidgehalts. Im zweiten Schritt wird Cyanat zu Kohlendioxid und Stickstoff oxidiert. Der theoretische Ozonbedarf beträgt das 4,61-fache des Cyanidgehalts. Die Ozonoxidation wird üblicherweise in Kombination mit der Belebtschlammmethode verwendet. Mit der Belebtschlammmethode werden zunächst die meisten Schadstoffe wie Phenol und Cyanid entfernt, dann wird die Behandlung mit der Ozonoxidation durchgeführt. Darüber hinaus kann Ozon auch Schadstoffe wie Natriumalkylbenzolsulfonat (ABS), Proteine, Aminosäuren, organische Amine, Lignin, Humus, heterozyklische Verbindungen und kettenungesättigte Verbindungen im Abwasser zersetzen.

3. Wasserentfärbung:

Druck- und Färbeabwässer können durch Ozonoxidation entfärbt werden. Diese Abwässer enthalten häufig Chromophore wie Diazo-, Azo- oder zyklische Verbindungen mit Benzolringen. Ozonoxidation kann die zweiwertigen Bindungen der Farbstoffchromophore aufbrechen und die zyklischen Verbindungen wie Benzol, Naphthalin und Anthracen, aus denen die Chromophore bestehen, zerstören, wodurch das Abwasser entfärbt wird. Ozon entfärbt hydrophile Farbstoffe schnell und effektiv, hydrophobe Farbstoffe hingegen nur langsam und nur unzureichend. Bei Abwässern mit hydrophilen Farbstoffen kann durch eine Behandlung mit 20–50 mg/l Ozon für 10–30 Minuten eine Entfärbung von über 95 % erreicht werden.

4. Entfernen Sie Metallionen wie Eisen und Mangan aus dem Wasser:

Metallionen wie Eisen und Mangan können durch Ozonoxidation aus dem Wasser abgetrennt werden, wobei Metalloxide entstehen. Theoretisch beträgt der Ozonverbrauch das 0,43-fache des von Eisenionen und das 0,87-fache des von Manganionen.

5. Beseitigung von Gerüchen und unangenehmen Gerüchen:

Der unangenehme Geruch von Oberflächenwasser und industriellem Recyclingwasser entsteht durch Zersetzungsprodukte von Actinomyceten, Schimmelpilzen und Algen sowie durch Schadstoffe wie Alkohole, Phenole und Benzol. Ozon kann diese Schadstoffe oxidieren und zersetzen und so unangenehme Gerüche beseitigen. Ozon kann zudem zur Desodorierung in Kläranlagen sowie Schlamm- und Müllaufbereitungsanlagen eingesetzt werden.

6. Abwasser verbessern B/C

Bei manchen Abwässern mit komplexen organischen Verbindungen, die biologisch schwer abbaubar sind, kann die oxidierende Wirkung von Ozon genutzt werden, um die komplexen organischen Verbindungen in einfache organische Verbindungen mit gewisser biologischer Abbaubarkeit zu zerlegen und anschließend einer biochemischen Behandlung zu unterziehen. Ozon wird in der Regel zur Vorbehandlung bestimmter chemischer Abwässer eingesetzt.

3. Einführung in den Ozongenerator

Ein Ozongenerator ist ein Gerät zur Erzeugung von Ozongas (O3). Ozon ist anfällig für Zersetzung und kann nicht gespeichert werden. Daher muss es vor Ort erzeugt und verwendet werden (in besonderen Fällen ist eine kurzfristige Speicherung möglich). Daher muss überall, wo Ozon eingesetzt werden kann, ein Ozongenerator eingesetzt werden.

Je nach Art der Ozonerzeugung gibt es derzeit drei Haupttypen von Ozongeneratoren: Hochspannungsentladung, Ultraviolettbestrahlung und Elektrolyse.

Der Hochspannungsentladungstyp wird entsprechend der Struktur der Entladungskammer des Ozongenerators in Röhrentyp und Plattentyp unterteilt, die ebenfalls gängige Typen von Ozongeneratoren sind.

4. Auswahl der Ozonausrüstung

1. Bestimmung der Ozondosis für schwer abbaubares C0D

Berechnet auf Basis von Erfahrungen mit einer Dosierung von CSB: Ozon = 1:4

2. Beispiel:

Ein bestimmtes Druck- und Färbeabwasser produziert 20m³/h, mit einem CSB-Index von 300mg/L, behandelt auf 100mg/L

(1) Nehmen Sie eine Dosierung von 1:3

(2) Reduzieren Sie den absoluten COD-Wert um 300-100 = 200 mg/l

(3) Erforderliche Ozoneinheit = 200 * 3 = 600 mg/l = 600 g/m³

(4) Die Gesamtmenge an Ozon, die pro Stunde benötigt wird, beträgt 600 g/m³ * 20 m³ = 12 kg

(5) Ozonausnutzungsgrad von 90 %, erforderliche Ozonproduktion pro Stunde = 12 kg/0,9 = 13,3 kg

(6) Der Sicherheitsfaktor beträgt 1,2 und die erforderliche Ozonauswahl pro Stunde beträgt 13,3 * 1,2 = 16 kg/h

Die oben genannten Dosierungen sind einige Projekterfahrungen. Aufgrund unterschiedlicher Produktionsprozesse und unterschiedlicher Abwasserqualität ist es ratsam, die Ozondosierung bei der Auswahl der Ozonanlage durch Tests im kleinen Maßstab zu bestätigen, um wirtschaftliche Verluste oder Behandlungsprozesse zu vermeiden, die nicht optimale Ergebnisse erzielen.

Berechnungsformel zur Auswahl des Ozonwertes:

Bestimmen Sie die Ozondosierung basierend auf der Abwasserqualität und dem Behandlungsprozess, bestimmen Sie den Ozonverbrauch basierend auf der Ozondosierung und dem stündlichen Behandlungswasservolumen und wählen Sie die Anzahl und das Modell der Ozongeneratoren basierend auf dem stündlichen Ozonverbrauch aus. Die Berechnungsformel lautet wie folgt:

G=q*g

In der Formel: G - die Menge an Ozon, die pro Stunde verwendet wird, g/h

Q - maximale stündliche Abwasserbehandlungskapazität, m³/h

G - Ozondosierung, g/m³ Abwasser

5. Design des Ozonkontaktreaktors

Der Kontaktreaktor zur Ozonbehandlung ist ein Gerät, das die Ozonauflösung im Wasser ermöglicht und die Ozonreaktionszeit gewährleistet. Daher sollte der Ozonkontaktreaktor die folgenden zwei Funktionen erfüllen: Er ermöglicht eine höhere Ozonauflösungsrate (höhere Ozonabsorptionsrate) und eine höhere Reaktionsrate (höhere Schadstoffentfernungsrate).

Konstruktionsanforderungen für Ozonkontakttanks:

(1) Das Kontaktbecken besteht aus zwei bis drei in Reihe geschalteten Kontaktkammern, die durch vertikale Trennwände voneinander getrennt sind.

(2) Jede Kontaktkammer besteht aus einer Gasverteilungszone und einer anschließenden Reaktionszone, die durch eine vertikale Leitwand getrennt sind.

(3) Ozongas sollte durch eine mikroporöse Belüftungsscheibe am Boden des Gasverteilungsbereichs direkt in das Wasser diffundieren, und die Anzahl der Gaseinspritzpunkte sollte der Anzahl der Abschnitte in der Kontaktkammer entsprechen.

(4) Die Anordnung der Belüftungsscheibe sollte eine gleichmäßige Luftverteilung während des Prozesses der Luftverteilungsänderung gewährleisten, wobei die Luftverteilung im ersten Abschnitt etwa 50 % der gesamten Luftverteilung ausmacht.

(5) Die geplante Wassertiefe des Kontaktbeckens sollte 5,5 bis 6 m betragen, und das Verhältnis von Tiefe zu Länge des Gasverteilungsbereichs sollte größer als 4 sein.

(6) Der lichte Abstand zwischen den Umleitungswänden sollte nicht weniger als 0,8 m betragen;

(7) Am Auslass des Kontaktbehälters muss eine Restozon-Überwachungseinrichtung installiert sein.