El tratamiento del agua con ozono ha logrado grandes avances a nivel internacional, no solo porque tiene capacidades efectivas de eliminación de impurezas y esterilización, sino también porque no produce contaminación secundaria (veneno residual) en el agua tratada, el exceso de ozono. Se descompone en oxígeno más rápido que el cloro, formando cloramina, cloroformo y otros carcinógenos en el agua, por lo que es reconocido como el desinfectante más seguro del mundo. No se ha promovido a gran escala en los países en desarrollo porque la inversión en activos fijos y el consumo de energía operativa del tratamiento con ozono son demasiado altos. En los países que carecen de fondos, desde mediados de la década de 1980, debido a los altos estándares de calidad del agua y los altos beneficios económicos del agua embotellada, muchas plantas domésticas de agua embotellada han adoptado el tratamiento con ozono y se han promovido a gran escala los pequeños generadores de ozono. La mayoría de las plantas de agua embotellada que utilizan correctamente el ozono para tratar el agua pueden cumplir con el estándar internacional de doble cero (cero E. coli y recuento total de bacterias).
2. Varios factores básicos que afectan el efecto de esterilización del tratamiento del agua con ozono.
Debido a que el tratamiento del agua con ozono es algo nuevo, la gente no está familiarizada con él. Algunos fabricantes, unidades de construcción y usuarios de ozono creen erróneamente que la desinfección se completa simplemente presionando el botón para soplar gas ozono en el agua. Este malentendido hace que la aplicación del ozono sea menos efectiva de lo que debería ser, e incluso hace que algunas personas duden de la capacidad bactericida del ozono en sí.
Algunos fabricantes utilizan un generador de ozono muy simple para tratar el agua embotellada, pero no saben nada sobre la concentración de ozono que produce y la concentración de ozono soluble en agua después del tratamiento. Los resultados prácticos de la castración son increíbles. Difícil de aplicar. El autor también entrevistó a una fábrica de agua mineral que consume 5 toneladas de agua por hora. La unidad de diseño eligió un generador de ozono de 100 g03/h y el agua permanece en el dispositivo de absorción de contacto solo durante unos segundos. Como resultado, el agua tratada no estaba calificada y una gran cantidad de gases de escape de ozono se desbordó en la sala de llenado, lo que impidió a los trabajadores trabajar.
También hay procesadores de agua domésticos producidos por algunos fabricantes que son insuficientes en términos de concentración de oxígeno y tiempo de procesamiento. Es cuestionable si este tipo de procesador de agua puede producir agua potable calificada.
Por lo tanto, es sumamente importante comprender correctamente los procesos físicos y químicos del ozono en el agua y el proceso bioquímico de esterilización con ozono. Dado que el mecanismo por el que el ozono se disuelve en el agua y el impacto del ozono en el intercambio de materiales en las células biológicas son extremadamente complejos, este artículo no puede discutirlo en detalle y solo analiza la esterilización con ozono en general.
1. La concentración de ozono soluble en agua y el tiempo de retención son condiciones necesarias para la esterilización.
Profesor Ma Yilun del Instituto de Salud Militar, Academia de Ciencias Médicas Militares, etc. Se realizaron experimentos de tratamiento con ozono en Bacillus anthracis y Bacillus subtilis. Níger, y resumió la fórmula empírica de la cinética de esterilización:
dN/dt=-KNtMCN
Donde: n: número de bacterias t: tiempo c: concentración de ozono en el agua m, n es El exponente de t, c k: constante de eficiencia, que también puede representar la resistencia bacteriana.
Como se puede ver en la fórmula anterior, la cantidad de esterilización por unidad de tiempo es la relación de diez tratamientos con la concentración de ozono en el agua y el tiempo de tratamiento. Se puede observar que cuando el K y el N permanecen sin cambios, es necesario asegurar la concentración de ozono en el agua y un cierto tiempo de contacto.
2. La necesidad de asegurar la concentración de ozono en el agua
Existen muchas condiciones para asegurar la concentración de ozono en el agua, como la temperatura del agua, la presión del aire, la velocidad de movimiento relativa. de gas y líquido, y la distribución del gas ozono que actúa sobre la superficie del líquido, presión, área superficial del gas ozono, viscosidad, densidad, tensión superficial del agua, etc. Algunos factores, como la temperatura del agua, la presión del aire y la presión parcial del gas ozono que actúa sobre la superficie del líquido, son muy importantes. Algunos, como la densidad del agua, la viscosidad, la tensión superficial, etc. , es constante bajo ciertas condiciones, por lo que puede ignorarse. Esta relación se presenta brevemente de la siguiente manera:
La intensidad de la transferencia de masa entre gas y líquido depende de la velocidad de difusión y la turbulencia de las moléculas, que se pueden expresar mediante la fórmula general de transferencia de masa:
u=dG/ dt=KF △C
Donde: u: tasa de transferencia de masa, que puede determinarse por la cantidad de ozono g transferida de la fase gaseosa a la fase líquida en un tiempo t, es decir , DG/dt. k: coeficiente de transferencia de masa, f: área de superficie de contacto entre la fase gaseosa y la fase líquida. La potencia △ c en el proceso de transferencia de masa puede determinarse por la diferencia entre la situación real y la concentración de ozono en equilibrio (es decir, el ozono). concentración en el agua y la concentración de ozono en la fuente de ozono (cuanto mayor sea la diferencia, mayor será la velocidad de transferencia de masa).
A través del análisis de la ecuación general de transferencia de masa, podemos saber que, en primer lugar, para disolver la mayor cantidad de ozono posible en agua, debemos aumentar la superficie de contacto f entre el ozono y el agua. tanto como sea posible. Esto se debe a lo determinado por el dispositivo de contacto.
En segundo lugar, △C muestra que cuanto mayor es la concentración del generador de ozono, más propicio es para que el agua absorba el ozono.
En tercer lugar, el coeficiente de transferencia de masa K está relacionado con muchos factores. K (coeficiente de transferencia de masa total) es la suma del coeficiente de transferencia de masa en fase gaseosa K y el coeficiente de transferencia de masa en fase líquida K. El ozono es un gas con muy baja solubilidad y el gas K puede ignorarse. Según la ley de Henry-Dalton, el K líquido es una función compuesta de muchos parámetros físicos.
Solución K = f(T, p, u, w, p, ó)
Entre ellas, el ozono disuelto es directamente proporcional a la presión del aire P e inversamente proporcional a la del agua temperatura T.
p>
A medida que aumenta la velocidad lineal relativa de las dos fases, el área de superficie de contacto f de las fases gaseosa y líquida y su tasa de actualización también aumentan, pero el tiempo de contacto entre cada una Burbuja y el líquido disminuirá. Por lo tanto, desde el punto de vista del efecto integral, es mejor mantener la velocidad lineal relativa del gas y el líquido dentro de un cierto rango.
La viscosidad u del líquido, la densidad p y la tensión superficial interfacial entre el gas y el líquido. El aumento de K puede reducir correspondientemente la velocidad de actualización de la interfaz y la solución K, por lo que Km es inversamente proporcional a U, P y O, y puede ignorarse para diversas aguas potables.
Se debe prestar atención a dos parámetros en la aplicación, la temperatura y la presión del aire. Al diseñar el dispositivo de contacto, se debe prestar atención a la velocidad relativa del flujo de agua y el flujo de aire, especialmente la temperatura, porque las altas temperaturas no. solo reduce el efecto de absorción del agua sobre el ozono, y el ozono mismo también se descompondrá debido a las altas temperaturas. China ha intentado utilizar ozono para tratar el agua a temperaturas de 70°C, pero no ha tenido ningún efecto.
En 1894, Mailfert calculó la concentración de ozono en el agua de la siguiente manera basándose en informes experimentales anteriores:
Temperatura (Celsius)o 11,8 15 19 27 40 55 60
Solubilidad (L gas/L agua) 0,64 0,5 o 456 0,381 o 27 0,112 o .
Este conjunto de datos es generalmente lineal, lo que muestra que la solubilidad del ozono en agua es aproximadamente 10-15 veces mayor que la del oxígeno.
Venosa y Opatken señalaron que la relación básica que determina la solubilidad del ozono (o de cualquier gas) en un líquido es la ley de Henry, que establece que a una determinada temperatura, el peso de cualquier gas disuelto en un El volumen conocido de líquido será igual a El gas actúa proporcionalmente a la presión parcial del líquido.
Y esta ley puede concluir que bajo temperatura y presión estándar, la solubilidad del ozono es 13 veces mayor que la del oxígeno.
Se puede concluir de la ley de Henry que para aumentar la solubilidad del ozono en agua, es necesario aumentar la presión parcial del gas ozono en toda la fuente de gas, es decir, aumentar la concentración. de la fuente de ozono.
Si la concentración de la fuente de ozono no es suficiente y el tiempo de tratamiento es largo, la concentración de ozono en el agua no aumentará (porque se ha alcanzado el equilibrio de concentración).
De la discusión anterior, podemos sacar las siguientes conclusiones:
1 Para garantizar el efecto de esterilización, es necesario asegurar una cierta concentración de ozono y tiempo de tratamiento en el. agua.
2. Para asegurar una determinada concentración de ozono en el agua, es necesario asegurar:
A.
Una temperatura determinada.
C. La temperatura del agua no puede ser demasiado alta.
D. La superficie específica del gas ozono colocado en el agua debe ser lo más grande posible, para que haya más oportunidades de que el ozono entre en contacto con el agua.
Según la experiencia de aplicaciones nacionales y extranjeras, los parámetros recomendados para el tratamiento general de desinfección del agua potable son: concentración de ozono soluble en agua 0,4 mg/L, tiempo de contacto 4 minutos, es decir, valor ct 1,6. La dosis de ozono es de 1 a 2 mg/L y la temperatura del agua es preferiblemente inferior a 25 grados Celsius. Las normas de la antigua Unión Soviética estipulaban que la concentración de ozono en el agua potable no debía ser inferior a 0,3 mg/L. La industria del agua embotellada de mi país recomienda que la concentración de ozono del agua embotellada sea de 0,3 mg/L.
Tres tipos de dispositivos de contacto comúnmente utilizados actualmente y sus efectos
Como se mencionó anteriormente, el propósito básico del dispositivo de contacto es asegurar la máxima solubilidad del ozono en agua. Por lo tanto, es necesario hacer que el área de contacto entre el gas ozono y el agua sea lo más grande posible y tener un tiempo de contacto suficiente. Por lo tanto, los requisitos básicos para el dispositivo de contacto son:
1. Puede garantizar el mejor efecto de absorción de ozono.
2. Cuando el dispositivo de contacto está funcionando, los parámetros del proceso son fáciles de controlar, el trabajo es estable y la seguridad es buena.
3. El consumo de energía (potencia necesaria para agitar o transportar agua y gas) es el más bajo.
4. El menor volumen tiene la mayor capacidad de producción.
5. Estructura sencilla, materiales económicos, bajos costes de fabricación y mantenimiento.
Existen tres dispositivos de contacto de uso común: torre de burbujas o piscina, chorro de agua (tubo venturi) y mezclador de espiral fijo (simple o combinado), agitador o bomba de espiral, dos o dos. Los tipos anteriores se utilizan en serie. Una breve introducción es la siguiente:
l. Método de burbuja: comúnmente se utilizan grandes piscinas de tratamiento de agua y pequeñas torres de burbujeo. Se requiere que el burbujeador tenga una apertura pequeña (de unas pocas micras a decenas de). micrones de apertura) para aumentar la El área de superficie específica del ozono requiere una distribución uniforme del gas dentro de los poros para permitir el contacto total con el vapor de agua, especialmente cuando se utilizan múltiples distribuidores de gas en una piscina burbujeante, la profundidad del agua desde la superficie del agua hasta el. Generalmente se requiere que la superficie del distribuidor de gas no sea inferior a 4-5 m para lograr un contacto total entre el aire y el agua.
Las ventajas son: operación fácil, parámetros operativos fáciles de cambiar, no afecta el efecto de dosificación y la estabilidad de trabajo, bajo consumo de energía, estructura simple de la torre de burbujas y fácil mantenimiento.
Pero su tamaño es demasiado grande, el tipo piscina ocupa un área grande y el tipo torre requiere mayores costos de fábrica.
2. El eyector de agua (tubo Venturi) inhala gas ozono en el área de presión negativa generada por el flujo de agua a alta velocidad en el tubo reductor para formar turbulencias y lograr un efecto de mezcla.
El mezclador en espiral fijo después del venturi puede agitar aún más el agua y el gas y mantener un estado de flujo turbulento a larga distancia para mejorar la absorción.
Dado que el tiempo de mezcla de este dispositivo es muy corto, muchas veces es necesario añadir un tanque de almacenamiento de agua después de su tubería de salida para aumentar el tiempo de contacto entre el agua y el gas y reducir el caudal de agua a precipitar. el gas de cola.
En comparación con la torre de burbujas, su estructura está muy simplificada y su coste de producción es bajo. Sin embargo, es necesario agregar una bomba de agua para garantizar la velocidad de inyección de agua y los parámetros del proceso son difíciles de controlar. La cantidad de agua tratada no se puede ajustar a voluntad; de lo contrario, se producirá una separación de gas y líquido y el efecto de absorción se verá afectado. .
3. Método de agitación: los agitadores producidos inicialmente eran similares a las lavadoras de un solo cilindro, excepto que el motor se colocaba en la parte superior y el cilindro exterior se convertía en un polígono. Se utiliza para romper las burbujas y disolverlas en el líquido. Este método de mezcla tiene un efecto deficiente, un alto consumo de energía y un volumen menor que el método de burbujeo, pero el costo no es bajo. Debido al movimiento mecánico y a la corrosión por ozono, la vida útil de la máquina es corta y los costos de mantenimiento altos.
En los últimos años, se ha lanzado al mercado una bomba de turbina que tiene un buen efecto de mezcla, tamaño pequeño y fácil operación de parámetros técnicos. Sin embargo, tiene una estructura compleja, un alto costo y un alto consumo de energía. Mantenimiento complicado. Debe instalarse detrás de su tubería. Instalar un tanque de almacenamiento de agua.
Cuarto, prueba de concentración de ozono
Dado que el ozono es un gas con propiedades químicas extremadamente inestables, es difícil recolectar y medir su contenido en el aire y el agua en poco tiempo. Como se mencionó anteriormente, para garantizar la purificación y desinfección del agua mediante ozono, es necesario controlar varios parámetros, de los cuales sólo la medición de la concentración de ozono es difícil. Algunos fabricantes de generadores de ozono no pueden detectarlo por sí mismos y desconocen la concentración de ozono producida por sus productos. Algunos fabricantes aprovechan la dificultad de las pruebas para exagerar el rendimiento del producto, lo que tiene un impacto muy negativo e incluso afecta la confianza de la gente en la capacidad de esterilización del ozono.
Cabe decir que actualmente no es difícil detectar la concentración de ozono. En aplicaciones prácticas, la concentración de ozono es la base para garantizar el efecto de desinfección y también es un medio necesario para identificar el verdadero rendimiento del generador de ozono. Por lo tanto, al tiempo que se promueven las aplicaciones del ozono, se deben promover al mismo tiempo los métodos de medición del mismo.
Este artículo no pretende analizar en detalle las pruebas de ozono. Los camaradas interesados pueden consultar los artículos relevantes publicados por Li Hanzhong en la Quinta Conferencia Nacional de Intercambio Académico sobre Desinfección. Aquí hay solo una breve introducción.
Método yodométrico: El método de medición más clásico del pasado, que utiliza gas ozono para liberar el yodo de la solución de yoduro potásico y desarrollar el color, y luego valorarlo con tiosulfato de sodio para reducirlo a incoloro. Según la cantidad de tiosulfato de sodio consumida se utiliza para calcular la concentración de ozono. Este método tiene un desarrollo de color intuitivo y equipos baratos, pero es inconveniente utilizar equipos de prueba química como medicamentos, frascos, probetas, balanzas y buretas, y es susceptible a la interferencia de otros oxidantes (como NO, CL, etc. ). ). En la actualidad, el método del ratio I sigue siendo el método de medición estándar en mi país.
2. Método de absorción ultravioleta: utilice el valor máximo de absorción del ozono para la luz ultravioleta con una longitud de onda = 254 nm, de modo que la luz ultravioleta se atenúe en la atmósfera de ozono y luego pase a través de componentes fotoeléctricos y circuitos electrónicos (comparación). circuitos, procesamiento de datos y conversión de digital a analógico) datos de salida. Este método es preciso y se puede medir continuamente en línea. Ha sido seleccionado como método estándar por países industriales avanzados como Estados Unidos, pero el instrumento es caro y generalmente se utiliza en unidades de prueba y unidades de investigación de producción.
3. Método electroquímico: utiliza la reducción electroquímica del ozono en el agua en la superficie electroactiva. La curva de cambio de corriente en el circuito electroquímico es proporcional a la concentración de ozono en la solución. El instrumento tiene una función de salida de datos, puede medir en línea y realizar un control de retroalimentación de circuito cerrado del generador de ozono. Es más económico y más pequeño que el método UV. Actualmente utilizado en proyectos de tratamiento de agua a gran escala.
4. Método colorimétrico: Igual que el método yodométrico, es un método químico que utiliza el fenómeno de desarrollo de color o decoloración que ocurre cuando el ozono reacciona con reactivos químicos para medir la concentración de ozono. Se pueden utilizar diversos productos químicos, como yoduro de potasio, o-toluidina o colorante índigo, que pueden observarse directamente a simple vista y compararse con tubos o placas de color estándar, o pueden detectarse con un espectrofotómetro. Este método es sencillo, fácil y de bajo coste. Actualmente es apto para promoción nacional, pero los medicamentos experimentales son consumibles desechables.
5. Reactivo de prueba de concentración de agua y ozono DPD: el reactivo DPD en la caja está empaquetado con papel de aluminio de doble capa y contiene un desintegrante que se puede disolver rápidamente. Este producto es altamente sensible al ozono y tiene una precisión de 0,05 ppm. La tarjeta colorimétrica está hecha de separación de colores de precisión y está equipada con un tubo colorimétrico especial. Tiene las ventajas de fácil uso, larga vida útil, calidad estable y confiable, etc. . El método DPD preparado corresponde a la solución colorimétrica, que se compara con la solución estándar KIO3 y se determina. Este método es particularmente adecuado para análisis in situ y es completamente comparable a productos similares importados. Tiene amplias perspectivas de aplicación en la industria del agua, la industria alimentaria, la de bebidas y la farmacéutica. En la actualidad, los kits de medición de ozono DPD han sido ampliamente utilizados por cientos de conocidas empresas nacionales de agua mineral y agua purificada, como Robust, Wahaha, C'estbon, Nongfu Spring, Jingtian y Yili.