ỨNG DỤNG OZONE TRONG XỬ LÝ NƯỚC VÀ KHÔNG KHÍ

I – CÔNG NGHỆ OZONE TRONG XỬ LÝ NƯỚC VÀ KHÔNG KHÍ

Ozone (O₃) là chất oxy hóa mạnh, thường được tạo tại chỗ bằng phóng điện corona/DBD từ không khí hoặc oxy. Sau phản ứng, O₃ tự phân hủy về O₂ nên giúp giảm tồn dư hóa chất và hạn chế tăng TDS.

Cấu tạo Ozone

Công nghệ corona/DBD thường dùng điện áp cao khoảng 4–12 kV (có thể đến ~20 kV), tần số 1–20 kHz; công suất làm việc thể hiện trên nhãn máy (vài chục W đến vài kW).
Dòng phía cao áp được giới hạn theo thiết kế (thường mức mA hoặc thấp hơn); phía nguồn vào 220 VAC dòng phụ thuộc công suất máy. Không đo HV bằng đồng hồ thông thường nếu không có đầu đo HV chuyên dụng.

Cụm máy Ozone – các thành phần bên trong năng suất trung bình

Về nguyên lý hóa học, ozone có thể:

• Oxy hóa trực tiếp các hợp chất gây mùi/màu và một số ion như Fe/Mn, sulfide…
• Hỗ trợ tạo gốc •OH trong điều kiện phù hợp hoặc khi kết hợp AOP (O₃+H₂O₂/UV), giúp tăng tốc độ phân hủy chất hữu cơ khó xử lý.
• Bất hoạt vi khuẩn/virus, ức chế tảo và giảm slime/biofilm.

Ưu điểm nổi bật:

• Diệt khuẩn nhanh, cải thiện mùi và màu; có thể giảm nhu cầu chlorine/bromine.
• Ít tạo muối tích lũy như một số hóa chất, phù hợp hệ cần kiểm soát TDS; dễ triển khai dạng side-stream cho hệ tuần hoàn (ví dụ: tháp giải nhiệt).

Nhược điểm/cần lưu ý:

• O₃ kém bền nên cần hòa tan và thời gian tiếp xúc đủ; bắt buộc tạo tại chỗ.
• Cần kiểm soát rò rỉ ozone và chọn vật liệu phù hợp để tránh lão hóa/ăn mòn; tải bẩn (BOD/COD/độ đục cao) làm tăng “ozone demand” nên cần dự phòng công suất.

Một số ứng dụng phổ biến:

• Nước cấp/nước thải: khử trùng, khử mùi – khử màu, oxy hóa Fe/Mn, hỗ trợ keo tụ – lọc.
• Không khí/HVAC: xử lý mùi trong phòng/khu kỹ thuật (cần kiểm soát nồng độ ozone theo chuẩn an toàn).
• Tháp giải nhiệt: kiểm soát vi sinh, giảm slime/biofilm và mùi (thường kết hợp đo ORP).

Cơ chế oxi hóa phá hủy màng trên vi khuẩn

Gợi ý phân loại nhanh theo năng suất O₃: nhỏ ~1–20 g/h; trung bình ~20–200 g/h; lớn ≥200 g/h (đến mức kg/h). Ngưỡng thực tế phụ thuộc nồng độ ozone (mg/L khí), nguồn khí cấp và chế độ vận hành.

BẢNG SO SÁNH NHANH 3 NHÓM CÔNG NGHỆ TẠO OZONE

Ghi chú (để phân biệt thuật ngữ):

Plasma là gì? Plasma là trạng thái khí bị ion hoá một phần (có electron/ion) là pha thứ 4 của vật chất. Trong máy ozone thường là non-thermal plasma / cold plasma: electron năng lượng cao tạo phản ứng, còn khí tổng thể không nóng như plasma nhiệt.

Corona vs DBD: Corona discharge là cách gọi chung hiện tượng phóng điện trong khí dưới điện trường cao. DBD (Dielectric Barrier Discharge) thêm lớp điện môi (dielectric: gốm/quartz/thuỷ tinh) để giới hạn dòng, tạo micro-discharge và giảm nguy cơ chuyển sang tia lửa (arc)  ổn định và bền hơn.

Bộ tạo Oxi , giữ lại N2 và chỉ có O2 đi qua (Oxygen purity:90 – 95%); và ống tạo Ozone là 2 trong những thành phần chính của máy tạo Ozone

II – NGUYÊN LÝ SẢN XUẤT OZONE

1) PSA – nguyên lý tạo O2 & tái sinh vật liệu

PSA (Pressure Swing Adsorption) tách khí dựa trên hấp phụ chọn lọc theo áp suất: ở áp cao, adsorbent giữ mạnh cấu tử cần loại (ví dụ zeolite giữ N₂), nên dòng khí ra sẽ giàu O₂. Khi chuyển sang tái sinh, tháp được hạ áp (blowdown) để giảm lực hấp phụ và N₂ bắt đầu nhả ra (desorb); sau đó thực hiện purge bằng một lượng nhỏ khí (thường là O₂ sản phẩm) thổi qua bed (thường ngược chiều) để quét/lôi cuốn N₂ còn kẹt trong lỗ rỗng và trên bề mặt zeolite ra ngoài. Cuối cùng tháp được repressurize (thường có bước pressure equalization giữa hai tháp để tiết kiệm khí và ổn định purity); hệ dùng 2 tháp chạy lệch pha để duy trì dòng sản phẩm gần liên tục và giảm tổn thất khí.

Cơ chế thu N2 để tạo ra O2 tinh khiết luân phiên bởi 2 cột chứa vật liệu hấp thụ

Vật liệu tách N₂/O₂, tuổi thọ & dấu hiệu cần thay

PSA tạo O₂ cho ozone dùng zeolite molecular sieve vì zeolite hấp phụ N₂ mạnh hơn O₂;. Adsorbent thường bền vài năm đến 3 – 7 năm tùy chất lượng khí nén (khô–sạch–không dầu); cần kiểm tra/thay khi độ tinh khiết, lưu lượng giảm dù lọc/dryer ổn, ΔP qua tháp tăng, hoặc ozone output giảm rõ ở cùng điều kiện vận hành.

2) Tạo O₃ từ O₂ (đầu ra PSA)

O₂ từ PSA được cấp vào máy tạo ozone; trong buồng phóng điện corona, phân tử O₂ bị “tách” tạo ra nguyên tử oxy (O·), sau đó O· kết hợp với O₂ (có phân tử “đệm” M như O₂ hoặc N₂ hấp thụ/trao đổi năng lượng) để tạo thành ozone (O₃). Dùng O₂ từ PSA giúp tạo ozone với nồng độ cao hơn và hiệu suất tốt hơn so với dùng không khí, do giảm N₂ nên hạn chế tạo NOx, giảm tiêu hao điện và làm đầu ra ổn định hơn

Thiết bị tạo Ozone từ Oxi bằng điện áp cao

III – CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHỌN LỰA NĂNG SUẤT VÀ VẬN HÀNH MÁY OZONE

A – Các yếu tố chính ảnh hưởng đến lựa chọn năng suất (g/h) và cấu hình nguồn khí cấp:

1) Nguồn khí cấp: air-fed (không khí) phù hợp tải nhỏ-trung và nồng độ vừa; PSA/oxygen concentrator cho nồng độ cao và ổn định hơn; oxy tinh khiết (bình oxy/LOX) cho tải lớn, chạy liên tục hoặc khi cần thời gian tiếp xúc ngắn.

2) Lưu lượng nước & mục tiêu xử lý: lưu lượng càng lớn thì g/h càng tăng; nếu cần duy trì ozone dư hoặc ORP mục tiêu phải tính thêm phần phân hủy và thất thoát thoát khí.

3) Ozone demand phụ thuộc BOD/COD, độ đục, hữu cơ hòa tan, Fe/Mn, sulfide, ammonia và các chất khử khác; tải biến động nên cộng hệ số dự phòng.

4) Dùng riêng hay kết hợp: có thể phối hợp lọc cơ học, biocide khác, điện phân/điện từ và hóa chất chống ăn mòn/cáu cặn… nhưng cần đánh giá tương tác để tránh “ăn” ozone hoặc tạo phụ phẩm.

5) Điều kiện vận hành: nhiệt độ cao giảm độ hòa tan và tăng phân hủy; pH kiềm làm ozone phân hủy nhanh; hệ hở (tháp giải nhiệt) thường thất thoát ozone cao hơn hệ kín.

B – Các yếu tố vận hành & giám sát

• Theo timer hoặc Vận hành liên tục
• Điều khiển theo đồng bộ ( Interlocked ) với nồng độ kiểm soát
• Chọn lựa thêm chương trình PLC và điều chỉnh nồng độ trên màn hình cảm ứng HMI

Các thông tin cơ bản như Timer, bộ đo lưu lượng và điều chỉnh lượng Ozone giúp người vận hành tự chủ

IV – CÁC YẾU TỐ TĂNG HIỆU QUẢ XỬ LÝ

Hiệu quả ozone phụ thuộc chủ yếu vào: hòa tan – tiếp xúc – giữ lại – xử lý khí thải (off-gas).

1) Hòa tan tốt: ưu tiên side-stream + Venturi injector (hút âm) và static mixer để tăng truyền khối.

Bộ hút ventury và trộn làm tăng hòa tan của Ozone vào nước

2) Đủ thời gian tiếp xúc: bố trí contact pipe/buồng tiếp xúc trước khi trả về hệ; tải biến động nên điều chỉnh được lưu lượng side-stream hoặc công suất.

3) Giảm thất thoát: hạn chế châm vào bể hở; dùng contactor kín + gas-liquid separator và bố trí điểm châm/đo hợp lý.

4) Xử lý off-gas: thu hồi khí dư và đưa qua ozone destructor (catalytic/thermal hoặc tương đương), xả tại vị trí thông gió tốt.

5) Vật liệu & điều khiển: ưu tiên PTFE/PVDF/SS316L đúng vị trí; điều khiển theo ORP và/hoặc ozone hòa tan để tránh chạy dư gây mùi/ăn mòn.

V – CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH CỦA HỆ THỐNG OZONE VÀ SƠ ĐỒ CƠ BẢN

1 – Thành phần chính của “Máy Ozone” (air-cooled / water-cooled; air-fed / oxygen-fed)

• Nguồn cao áp (HV power supply) + mạch điều khiển công suất.
• Buồng tạo ozone (ống gốm/plate dielectric – DBD).
• Cụm giải nhiệt: quạt + tản nhiệt (air-cooled) hoặc mạch nước giải nhiệt (water-cooled).
• Đường khí: lọc bụi, lưu lượng kế/van điều chỉnh, van một chiều chống hồi nước.
• Với air-fed: cần sấy khô/tách ẩm (dryer/desiccant) để giảm độ ẩm; với oxygen-fed: cụm cấp oxy (PSA/bình oxy), điều áp và bảo vệ hồi lưu.

Mô hình hệ thống máy tạo Ozone năng suất lớn – Nguồn Internet

2 – Thành phần chính của “Hệ thống Ozone” cho tháp giải nhiệt

• Bơm side-stream + (tùy chọn) strainer/filter để bảo vệ injector và mixer.
• Venturi injector + static mixer + contact pipe/tank (tạo tiếp xúc).
• Gas-liquid separator + đường off-gas + ozone destructor.
• Cảm biến ORP/ozone hòa tan, lưu lượng kế, van một chiều/chống hồi, tủ điều khiển + interlock an toàn.

Sơ đồ dòng chảy tham khảo (side-stream cho tháp giải nhiệt):

Mô hình sử dụng Ozone cho nước giải nhiệt – nguồn Internet

Mô hình sử dụng Ozone cho xử lý Biofilm của hệ thống giải nhiệt – Nguồn Internet

VI – CÁC LƯU Ý KHI VẬN HÀNH VÀ CÁC PHỤ KIỆN CẦN BẢO TRÌ, THAY THẾ ĐỊNH KỲ

• Đảm bảo khí cấp khô và sạch; kiểm tra bộ lọc/bộ sấy định kỳ để tránh giảm hiệu suất và tăng ăn mòn.
• Giới hạn độ ẩm khuyến nghị: tránh nước ngưng trong đường khí; với air-fed nên duy trì dew point <= -20°C (tối thiểu) và tốt hơn là <= -40°C để ổn định nồng độ ozone, đặc biệt khi cần nồng độ cao.

• Duy trì giải nhiệt ổn định (quạt, tản nhiệt, hoặc mạch nước giải nhiệt) để kéo dài tuổi thọ buồng ozone.
• Kiểm tra Venturi, static mixer và đường ống châm để tránh nghẹt/cáu cặn; vệ sinh khi lưu lượng side-stream giảm.
• Trang bị thông gió, cảm biến rò rỉ ozone và interlock dừng máy khi vượt ngưỡng; đặt vị trí xả off-gas an toàn.
• Hiệu chuẩn cảm biến ORP/ozone hòa tan theo lịch; thay vật tư tiêu hao (lọc khí, desiccant, ống dẫn) theo tình trạng thực tế.

VII – AN TOÀN VẬN HÀNH (Điện – Cơ khí – Ozone/Hóa chất)

 An toàn điện: Chỉ kỹ thuật viên có chuyên môn mở máy; luôn ngắt nguồn, khóa nguồn (lockout/tagout) trước khi bảo trì.

 Cao áp (HV): Dù dòng HV nhỏ, điện áp rất cao; tuyệt đối không can thiệp phần HV/biến áp khi chưa ngắt nguồn và xả điện; chỉ đo kiểm bằng đầu đo HV chuyên dụng.

 Nối đất & interlock: Bắt buộc nối đất đúng chuẩn cho vỏ máy/tủ điện/bơm/quạt; không vô hiệu hóa interlock, luôn đóng nắp tủ khi vận hành.

 Cơ khí & giải nhiệt: Cố định thiết bị, tránh rung; kiểm tra quạt, bơm, khớp nối và rò rỉ; không che đường gió/đường nước giải nhiệt.

 Ozone môi trường: Bảo đảm thông gió; nên lắp cảm biến ozone (ppm) trong phòng kín; tránh để người vận hành tiếp xúc trực tiếp.

 Off-gas: Thu hồi và xử lý qua ozone destructor, xả ra vị trí an toàn và thông gió tốt.

 Vật liệu & gioăng: Ưu tiên PTFE/PVDF/316L cho đường ozone; tránh cao su/nhựa không chịu ozone (dễ nứt, rò).

 Hóa chất phối hợp: Khi kết hợp chlorine/bromine/H₂O₂ cần đánh giá ORP và phản ứng phụ; không trộn tùy tiện nếu không có hướng dẫn kỹ thuật.

 PPE & quy trình: Đeo kính, găng, khẩu trang phù hợp; có quy trình dừng khẩn và biển cảnh báo “OZONE / HIGH VOLTAGE”; huấn luyện trước khi bàn giao.

VIII. MỘT SỐ SẢN PHẨM PHỔ BIẾN CHO XỬ LÝ NƯỚC THEO CÔNG NGHỆ PLASMA

1- Một số ứng dụng và nồng độ sử dụng

2- THƯƠNG HIỆU MÁY – Công nghệ PLASMA

IX – LIÊN LẠC ĐỂ ĐƯỢC TƯ VẤN

Việc chọn lựa xử lý Ozone cần cân nhắc khi kết hợp với hóa chất hoặc thiết bị khác hoặc dùng độc lập, từ đó năng suất cũng thay đổi nhiều. Nếu chọn hoặc vận hành không đúng thì có thể gây ra 1 số sự cố như không đạt mong muốn, ăn mòn thiết bị…
Hãy liên lạc với chúng tôi để được tư vấn tốt nhất.