Aplicación de la tecnología de oxidación combinada con ozono en el tratamiento de aguas residuales
1. Introducción
Actualmente, con el continuo desarrollo y progreso de la sociedad y la economía, la escala de la producción social se expande constantemente, lo que provoca una contaminación hídrica cada vez más grave. Sin embargo, a medida que mejora la calidad de vida de las personas, sus exigencias en cuanto a la calidad del agua también se vuelven cada vez más exigentes, lo que requiere un tratamiento eficaz de las aguas residuales. Gracias a sus ventajas, como el bajo consumo de ozono, la rápida reacción y la mínima contaminación ambiental, la oxidación con ozono se ha utilizado ampliamente en el tratamiento de aguas residuales. Actualmente, se han desarrollado tecnologías de oxidación combinada con ozono, como la tecnología de ozono-ultrasonido y el tratamiento con ozono-electrólisis. Este artículo, a modo de referencia, analiza cómo utilizar eficazmente las tecnologías de oxidación combinada con ozono en el tratamiento de aguas residuales.
Generación de ozono de Sankang
2. Mecanismo de la tecnología de oxidación por ozono
Desde la perspectiva de las propiedades físicas del ozono, este es inestable. En la práctica, cuando el ozono está en el aire, se descompone gradual y continuamente en oxígeno, emitiendo calor significativo. Sin embargo, la concentración de ozono en el aire debe mantenerse por debajo del 25%, ya que las concentraciones superiores al 25% pueden causar explosiones. Sin embargo, la concentración de ozono en el aire generalmente es inferior al 10%, por lo que es improbable que se produzca una explosión. Cuando la concentración de ozono en el aire es inferior al 1%, el proceso de descomposición comienza en el aire a temperatura y presión ambiente, con una vida media de aproximadamente 16 horas. Cuando el ozono está en agua a una concentración de 3 mg/l, su vida media es de 15 a 30 minutos. Cuanto mayor sea la temperatura y el pH del agua, más rápida será la velocidad de descomposición. Por lo tanto, en la práctica, el ozono se produce y utiliza típicamente in situ. Desde una perspectiva química, el ozono, como alótropo del oxígeno, es un gas incoloro o azul pálido. Posee excelentes propiedades oxidantes y bactericidas, pero su inestabilidad impide su almacenamiento. El ozono puede atacar átomos con carga negativa en la materia orgánica, produciendo reacciones electrofílicas, y puede atacar núcleos con carga positiva en moléculas orgánicas, produciendo reacciones nucleófilas. En los procesos de producción industrial, se utiliza comúnmente la descarga de corona. Durante el proceso de descarga, el oxígeno se ioniza y se convierte en iones. Los iones de oxígeno, altamente reactivos, reaccionan con las moléculas de oxígeno, formando finalmente ozono. El ozono experimenta una reacción de oxidación en soluciones acuosas. Debido a que el ozono, un oxidante fuerte, es inestable y el oxígeno libre (O₃) y sus productos intermedios de descomposición en agua poseen fuertes propiedades oxidantes. El ozono puede oxidar rápida y extensamente ciertos elementos y compuestos orgánicos en soluciones acuosas. Incluso en bajas concentraciones, el ozono puede completar rápidamente el proceso de oxidación. Las condiciones y el mecanismo de descomposición del ozono juegan un papel decisivo en su proceso de oxidación. El ozono en el agua puede formar radicales hidroxilo (H2O).⁻). Estos radicales hidroxilo (HO⁻) tienen un fuerte efecto oxidante, lo que proporciona beneficios de desinfección y esterilización y, al mismo tiempo, descompone los contaminantes del agua. La tecnología de oxidación con ozono forma ácidos de moléculas pequeñas que aumentan continuamente la acidez de la solución acuosa. Por lo tanto, se debe agregar una base adecuada a la solución de tratamiento para mantener un valor de pH adecuado, sentando las bases para un tratamiento eficaz de las aguas residuales. 3. Aplicación de la tecnología de cooxidación con ozono en el tratamiento de aguas residuales
Actualmente, la tecnología de cooxidación por ozono se utiliza en el tratamiento de aguas residuales. Su uso puede mejorar la eficiencia del tratamiento y sentar las bases para la calidad del agua.
3.1 Tecnología de ozono ultrasónico
Las ondas ultrasónicas pueden degradar contaminantes orgánicos difíciles de degradar en el agua. Por lo tanto, el uso de la tecnología de ozono-ultrasónica puede sentar las bases para un tratamiento eficaz de aguas residuales, a la vez que reduce los costos operativos. En 1976, Dahi reconoció que el ultrasonido podía mejorar la eficacia del ozono en el tratamiento de aguas residuales. Al utilizar la tecnología de oxidación con ozono para tratar aguas residuales biológicas, Dahi empleó simultáneamente ultrasonido de 20 kHz para mejorar el efecto del tratamiento. Descubrió que el uso de ultrasonido de 20 kHz podía reducir la dosis de ozono en un 50 % durante el tratamiento de efluentes. En mi país, el académico Zhao Chaocheng utilizó la tecnología de ozono-ultrasónica en el tratamiento de aguas residuales con fenol. Su investigación descubrió que el uso de radiación ultrasónica durante el proceso de oxidación puede aumentar la velocidad de reacción. En comparación con el uso de ultrasonido u ozono solo, la tecnología de ozono-ultrasónica puede mejorar la eficacia del tratamiento de aguas residuales. Cuanto mayor sea la potencia del ultrasonido, mayor será la aceleración de la reacción. En los últimos años, una amplia investigación ha revelado que el ultrasonido puede aumentar la frecuencia de uso del ozono. En comparación con la tecnología de oxidación con ozono, la tecnología de ozono-ultrasonido puede mejorar la velocidad y la eficacia de la degradación del colorante. Durante este proceso, el ozono y el ultrasonido reaccionan para formar una gran cantidad de radicales libres oxidantes potentes, lo que potencia el efecto de degradación.
3.2 Tecnología de tratamiento combinado de ozono y electrólisis
En la práctica, la tecnología de oxidación con ozono se utiliza ampliamente en la industria moderna para el tratamiento de aguas residuales debido a sus importantes ventajas, como sus fuertes propiedades oxidantes y la ausencia de contaminación secundaria tras la reacción. La tecnología de microelectrólisis, también conocida como electrólisis interna, se utiliza ampliamente en el tratamiento de aguas residuales biorrefractarias. Gracias a su sólida base teórica, alta eficiencia de tratamiento, bajo coste de inversión y practicidad, la tecnología de electrólisis interna está ganando cada vez más reconocimiento. La tecnología de electrólisis interna genera Fe₂+ y Fe₃+ durante su uso, mientras que la tecnología de oxidación con ozono genera una gran cantidad de radicales hidroxilo. La combinación de la oxidación con ozono y la electrólisis en el tratamiento de aguas residuales permite combinar Fe₂+ y Fe₃+ con radicales hidroxilo para crear otro excelente agente de tratamiento de aguas residuales. La tecnología de tratamiento combinado de ozono y electrólisis combina corrosión electroquímica, oxidación química, oxidación catalítica, floculación y adsorción. Su uso en el pretratamiento de aguas residuales de saponina de cúrcuma ha demostrado reducir la carga bioquímica posterior al tratamiento y mejorar la eficacia del mismo. Yan Haibo et al. Se utilizó la tecnología combinada de ozono y electrólisis en el tratamiento de aguas residuales tintóreas, logrando mejoras y perfeccionamientos significativos.
3.3 Tecnología de ozonización catalítica
En los últimos años, la tecnología de oxidación catalítica con ozono se ha generalizado. En condiciones normales de temperatura y presión, la oxidación con ozono por sí sola resulta ineficaz en el tratamiento de aguas residuales, por lo que se puede utilizar la ozonización catalítica. Con el aumento de la producción y la tasa de generación de OH como objetivo principal de investigación, las tecnologías de oxidación catalítica, como la ozonización fotocatalítica, la ozonización catalizada por bases y la oxidación catalítica heterogénea con ozono, se encuentran en continuo desarrollo y maduración. La ozonización fotocatalítica utiliza principalmente luz ultravioleta (UV) como fuente de energía y O₃ como oxidante. Bajo la radiación UV, el ozono se descompone para formar oxidantes secundarios activos que oxidan la materia orgánica. La oxidación fotocatalítica puede utilizarse para tratar aguas residuales orgánicas difíciles de degradar, alterando la estructura molecular de estas sustancias y formando nuevas sustancias biodegradables, mejorando así la eficiencia del tratamiento de aguas residuales. La ozonización catalizada por bases cataliza principalmente la formación de radicales OH, oxidando finalmente la materia orgánica descompuesta. La oxidación catalítica heterogénea con ozono, una nueva tecnología, tiene como objetivo principal descomponer el O₃ para formar radicales libres activos, mejorando así la eficiencia de la oxidación.
4. Ventajas de la tecnología de cooxidación por ozono en el tratamiento de aguas residuales
Actualmente, con el continuo desarrollo de la industrialización y la expansión de la producción social, la contaminación del agua se está agravando cada vez más. Sin embargo, a medida que la calidad de vida de las personas mejora, la demanda de agua potable es cada vez mayor, lo que requiere un tratamiento eficaz de las aguas residuales. Actualmente, la tecnología de ozono-cooxidación se utiliza ampliamente en el tratamiento de aguas residuales para garantizar un tratamiento eficaz. Su uso puede mejorar la eficiencia del tratamiento. El uso exclusivo de la tecnología de ozono-cooxidación puede ofrecer resultados limitados si existen sustancias difíciles de degradar. Sin embargo, la tecnología de ozono-cooxidación puede degradar eficazmente estas sustancias difíciles de degradar, mejorando la eficiencia del tratamiento y, por lo tanto, la calidad del agua que consumimos diariamente. El uso de la tecnología de ozono-cooxidación en el tratamiento de aguas residuales puede ahorrar costos de tratamiento y, al mismo tiempo, mejorar la eficiencia del mismo. Por lo tanto, su aplicación en el tratamiento de aguas residuales tiene importantes beneficios económicos y sociales, lo que ha llevado a su creciente aplicación. Por último, el uso de la tecnología de oxidación con ozono en el tratamiento de aguas residuales puede proteger el medio ambiente, aliviar la contaminación del agua, mejorar la calidad del agua y proporcionar mejores recursos hídricos para la producción y el uso diario, promoviendo así el desarrollo y el progreso social.
5. Conclusión
En resumen, la tecnología de oxidación por ozono desempeña un papel fundamental en el tratamiento de aguas residuales. Por lo tanto, debe utilizarse de forma racional para mejorar su eficacia. Su uso permite descomponer eficazmente las impurezas y reducir el color del agua, garantizando así un tratamiento eficaz. Además, su uso protege el medio ambiente, lo que ha impulsado su creciente aplicación.
