1、 Introducción al ozono

El ozono, con la fórmula química O₃, también conocido como oxígeno triatómico o superóxido, recibe su nombre por su olor a pescado y puede autoreducirse a oxígeno a temperatura ambiente. Su gravedad específica es mayor que la del oxígeno, es fácilmente soluble en agua y propenso a la descomposición. Debido a que el ozono está compuesto por moléculas de oxígeno que llevan un átomo de oxígeno, su estado es temporal. Los átomos de oxígeno transportados se consumen por oxidación, y los restantes se combinan para formar oxígeno y alcanzar un estado estable. Por lo tanto, el ozono no causa contaminación secundaria.

La velocidad de descomposición del ozono en solución acuosa es mayor que en fase gaseosa. Su vida media de descomposición en agua está relacionada con la temperatura y el pH. A medida que aumenta la temperatura, la velocidad de descomposición se acelera. Cuando la temperatura supera los 100 °C, la descomposición es grave; cuando alcanza los 270 °C, se convierte inmediatamente en oxígeno. Cuanto mayor sea el pH, más rápida será la descomposición. Se descompone en el aire a temperatura y presión normales, con una vida media de aproximadamente 15 a 30 minutos.

2. Aplicación del ozono en el tratamiento del agua.

El tratamiento de aguas residuales mediante oxidación con ozono utiliza aire u oxígeno con bajas concentraciones de ozono. Las principales instalaciones de proceso consisten en generadores de ozono y equipos de contacto aire-agua. El método de oxidación con ozono se utiliza principalmente para la desinfección del agua, la eliminación de contaminantes como el cianuro, la decoloración del agua, la eliminación de iones metálicos como el hierro y el manganeso, y la eliminación de olores desagradables.

1. Desinfección del agua:

El ozono es un fungicida de amplio espectro y acción rápida que elimina mejor diversas bacterias patógenas, así como esporas resistentes, virus, etc., que el cloro. Tras la desinfección con ozono, las propiedades físicas y químicas del agua, como la turbidez y el color, mejoran significativamente. La demanda química de oxígeno (DQO) puede reducirse generalmente entre un 50 y un 70 %. El tratamiento de oxidación con ozono también puede eliminar sustancias cancerígenas como el benzo(a)pireno.

2. Eliminar contaminantes como el fenol y el cianuro del agua:

La cantidad real de ozono y la velocidad de reacción requeridas para tratar aguas residuales que contienen fenol y cianuro mediante el método de ozono están relacionadas con la cantidad de contaminantes como los sulfuros en el agua y el valor de pH del agua, por lo que se debe realizar el pretratamiento necesario. Para oxidar los fenoles en el agua en dióxido de carbono y agua, el requerimiento teórico de ozono es 7,14 veces el contenido de fenol. Usando ozono para oxidar cianuro, el primer paso es oxidar el cianuro en cianatos ligeramente tóxicos, y la cantidad requerida de ozono es teóricamente 1,84 veces el contenido de cianuro; el segundo paso es oxidar el cianato en dióxido de carbono y nitrógeno, y el requerimiento teórico de ozono es 4,61 veces el contenido de cianuro. El método de oxidación con ozono se usa generalmente en combinación con el método de lodos activados. El método de lodos activados se usa primero para eliminar la mayoría de los contaminantes como el fenol y el cianuro, y luego se usa el método de oxidación con ozono para el tratamiento. Además, el ozono también puede descomponer contaminantes como el alquilbencenosulfonato de sodio (ABS), proteínas, aminoácidos, aminas orgánicas, lignina, humus, compuestos heterocíclicos y compuestos insaturados de cadena en las aguas residuales.

3. Decoloración del agua:

Las aguas residuales de impresión y teñido pueden decolorarse mediante el método de oxidación con ozono. Este tipo de aguas residuales suele contener cromóforos como diazo, azo o compuestos cíclicos con anillos bencénicos. La oxidación con ozono puede romper los enlaces divalentes de los cromóforos de los tintes y destruir los compuestos cíclicos como el benceno, el naftaleno y el antraceno que los componen, decolorando así las aguas residuales. El ozono tiene una rápida tasa de decoloración y un buen efecto sobre los tintes hidrófilos, pero una tasa de decoloración lenta y un efecto deficiente sobre los tintes hidrófobos. Las aguas residuales que contienen tintes hidrófilos pueden alcanzar un efecto de decoloración superior al 95 % tratándolas con 20-50 mg/L de ozono durante 10-30 minutos.

4. Eliminar iones metálicos como hierro y manganeso del agua:

Los iones metálicos, como el hierro y el manganeso, pueden separarse del agua mediante oxidación con ozono para formar óxidos metálicos. En teoría, el consumo de ozono es 0,43 veces mayor que el de los iones de hierro y 0,87 veces mayor que el de los iones de manganeso.

5. Eliminación de olores y malos olores:

El mal olor en aguas superficiales y aguas industriales recicladas se produce por la descomposición de actinomicetos, mohos y algas, así como por contaminantes como alcoholes, fenoles y benceno. El ozono puede oxidar y descomponer estos contaminantes, eliminando los olores desagradables. Asimismo, el ozono puede utilizarse para la desodorización en plantas de tratamiento de aguas residuales, lodos y residuos.

6. Mejorar las aguas residuales B/C

En el caso de ciertas aguas residuales que contienen compuestos orgánicos complejos de difícil biodegradación, la propiedad oxidante del ozono permite descomponerlos en compuestos orgánicos simples con cierta biodegradabilidad y, posteriormente, someterlos a un tratamiento bioquímico. Generalmente, se utiliza para el pretratamiento inicial de ciertas aguas residuales químicas.

3、 Introducción al generador de ozono

Un generador de ozono es un dispositivo que produce gas ozono (O₃). El ozono es propenso a la descomposición y no puede almacenarse, por lo que debe producirse y utilizarse in situ (en casos especiales, puede almacenarse a corto plazo). Por lo tanto, cualquier lugar donde se pueda utilizar ozono debe contar con un generador de ozono.

Según la forma en que se genera el ozono, actualmente existen tres tipos principales de generadores de ozono: descarga de alto voltaje, irradiación ultravioleta y electrólisis.

El tipo de descarga de alto voltaje se divide en tipo de tubo y tipo de placa según la estructura de la cámara de descarga del generador de ozono, que también son tipos comunes de generadores de ozono.

4、 Selección del equipo de ozono

1. Determinación de la dosis de ozono para CO2 difícil de degradar

Calculado en base a la experiencia utilizando una dosis de DQO: ozono=1:4

2. Ejemplo:

Un determinado efluente de impresión y teñido produce 20 m³/h, con un índice de DQO de 300 mg/L tratado a 100 mg/L.

(1) Tomar una dosis de 1:3

(2) Reducir el valor absoluto de DQO en 300-100=200 mg/L

(3) Unidad de ozono requerida = 200 * 3 = 600 mg/L = 600 g/m³

(4) La cantidad total de ozono necesaria por hora es de 600 g/m³ * 20 m³ = 12 kg.

(5) Tasa de utilización de ozono del 90%, producción de ozono requerida por hora = 12 kg/0,9 = 13,3 kg

(6) El factor de seguridad es 1,2 y la selección de ozono requerida por hora es 13,3 * 1,2 = 16 kg/h.

Las dosificaciones mencionadas anteriormente se basan en la experiencia de algunos proyectos. Debido a los diferentes procesos de producción y la calidad variable de las aguas residuales, para evitar pérdidas económicas o procesos de tratamiento que no alcancen los resultados óptimos, es recomendable confirmar la dosificación de ozono mediante pruebas a pequeña escala al seleccionar el equipo de ozono.

Fórmula de cálculo para seleccionar el nivel de ozono:

Determine la dosis de ozono según la calidad de las aguas residuales y el proceso de tratamiento, determine el uso de ozono según la dosis de ozono y el volumen de agua de tratamiento por hora, y seleccione el número y modelo de generadores de ozono según el uso de ozono por hora. La fórmula de cálculo es la siguiente:

G=q*g

En la fórmula: G - la cantidad de ozono utilizada por hora, g/h

Q - capacidad máxima horaria de tratamiento de aguas residuales, m³/h

G - Dosis de ozono, g/m³ de aguas residuales

5、Diseño del reactor de contacto de ozono

El reactor de contacto para el tratamiento con ozono es un dispositivo que disuelve el ozono en agua y garantiza su tiempo de reacción. Por lo tanto, el reactor de contacto debe tener dos funciones: permitir que el ozono tenga una mayor tasa de disolución (mayor tasa de absorción de ozono) y una mayor tasa de reacción (mayor tasa de eliminación de contaminantes).

Requisitos de diseño para tanque de contacto con ozono:

(1) El conjunto de contactos está compuesto por dos o tres cámaras de contactos conectadas en serie, separadas por tabiques verticales;

(2) Cada cámara de contacto consta de una zona de distribución de gas y una zona de reacción posterior, separadas por un deflector guía vertical;

(3) El gas ozono debe difundirse directamente en el agua a través de un disco de aireación microporoso ubicado en la parte inferior del área de distribución de gas, y la cantidad de puntos de inyección de gas debe ser consistente con la cantidad de secciones en la cámara de contacto;

(4) La disposición del disco de aireación debe garantizar una distribución uniforme del aire durante el proceso de cambios de distribución de aire, y la distribución de aire en la primera sección debe representar aproximadamente el 50 % de la distribución de aire total;

(5) La profundidad de diseño del agua de la piscina de contacto debe ser de 5,5 a 6 m, y la relación entre la profundidad y la longitud del área de distribución de gas debe ser mayor a 4;

(6) La distancia libre entre los tabiques de desvío no debe ser inferior a 0,8 m;

(7) Se deberá instalar un dispositivo de monitoreo de ozono residual a la salida del tanque de contacto.