Kiểm soát lưu lượng khí Ozone trong hệ thống xử lý nước thải

Nhiều nhà máy xử lý nước, thành phố sử dụng hệ thống xử lý Ôzôn để sản xuất nước sạch cho người dùng là các hộ dân cư và khu công nghiệp.

Trong khi tất cả các loại hệ thống xử lý nước đều có những lợi thế và bất lợi của họ, hệ thống Ôzôn (O3) cung cấp hệ thống khử trùng tuyệt vời và tránh một số vấn đề về sản phẩm phụ hóa học (byproduct) khi sử dụng Clo.

Rất nhiều hệ thống nước sinh hoạt công cộng sử dụng ôzôn để khử vi khuẩn thay vì sử dụng Clo.

Ôzôn không tạo thành các hợp chất hữu cơ chứa clo, nhưng chúng cũng không tồn tại trong nước sau khi xử lý, vì thế một số hệ thống cho thêm một chút Clo vào để ngăn cản sự phát triển của vi khuẩn trong đường ống.

Ôzôn là một phân tử không ổn định (unstable molecule) có thể dễ dàng chuyển đổi thành oxy.

Là một chất ôxi hóa, nó trở thành một chất khử khuẩn mạnh có thể khử các vi sinh vật nguy hiểm trong nguồn cung cấp nước thô để xử lý nhằm mang lại nguồn nước sinh hoạt an toàn hơn cho người tiêu dùng.

Ôzôn có tính oxy hóa mạnh hơn ôxy, do cấu trúc phân tử không bền, dễ dàng bị phân hủy thành ôxy phân tử và ôxy nguyên tử.

O3= O2 + O

Vấn đề đặt ra:

Sản xuất Ôzôn là một quá trình tương đối tốn kém. Vì vậy, việc đo kiểm khí Ôzôn một cách chính xác (accurately) và tin cậy (reliably) trong quá trình sản xuất và áp dụng trong các nhà máy xử lý nước là rất cần thiết để kiểm soát chất lượng nước và chi phí đầu vào.

Thông thường trong quá trình phân tích, vận hành nhà máy hay hệ thống xử lý có thể kiểm soát theo tỷ lệ phần trăm (percentage), hay theo thể tích (by volume) của khí Ôzôn trong oxy.

Tuy nhiên, các kỹ sư, cán bộ kỹ thuật vận hành cũng cần phải biết tổng lưu lượng khối lượng dòng chảy (total mass flow) của khí Ôzôn để đạt được hiệu suất hoạt động tối đa.

Việc lựa chọn loại đồng hồ đo lưu lượng khối lượng khí (gas mass flow meter) có độ chính xác cao cho mục đích này, đảm bảo quá trình khử khuẩn (disinfection) hoạt động hiệu quả hơn (more effectively) và kinh tế hơn (more economically).

Trong một nhà máy điển hình, đầu tiên là khí Ôzôn được tạo ra và sau đó được đưa vào quá trình lọc (filtration process) ở ba điểm khác nhau những nơi mà yêu cầu cần có một đồng hồ đo lưu lượng.

Ôzôn được sử dụng trước tiên để làm kết tủa (coagulant prior) trước khi vào quá trình lọc sơ cấp (primary filtration). Sau đó, nó được bơm vào với liều lượng thấp như là chất ôxi hóa.

Cuối cùng, nó được áp dụng ở liều cao như là một chất khử khuẩn để khử các chất ô nhiễm có trong nước chẳng hạn như thuốc trừ sâu (pesticides), sắt, asen, sulfua hiđrô (H2S), nitrit, và các chất hữu cơ phức tạp liên kết với nhau tạo ra “màu” của nước.

Tại châu Âu, Liên minh châu Âu (EC) cũng đã có chỉ thị đòi hỏi việc loại bỏ các chất diệt cỏ (soluble herbicides) và thuốc trừ sâu hòa tan từ nước uống. Ôzôn là một giải pháp tuyệt vời để đáp ứng chỉ thị này.

Giải pháp

Tại mỗi điểm trong quá trình xử lý nước lại tương ứng với mỗi tốc độ dòng khí Ôzôn khác nhau, do vậy việc đo kiểm chính xác lưu lượng này của các đồng hồ đo thực sự là một thách thức, cộng với việc một hệ thống xử lý dùng khí Ôzôn điển hình thường có dòng khí quá trình là sự kết hợp (combination) của khí Oxy và khí Ôzôn với tỷ lệ tương ứng là 98% và 2%.

Trong khi có rất nhiều loại đồng hồ khác nhau với các công nghệ đo lường khác nhau, thì sự cần thiết phải đo lường trực tiếp lưu lượng khối lượng (Direct mass flow measurement) sẽ thu hẹp đáng kể các lựa chọn này.

Công nghệ phân tán nhiệt (Thermal Dispersion Technology) theo nguyên lý đẳng dòng là một sự lựa chọn hoàn hảo cho các ứng dụng này.

Các đồng hồ theo Công nghệ phân tán nhiệt (Thermal Dispersion technology) thường xuyên được lựa chọn cho hệ thống xử lý Ozone và các ứng dụng xử lý nước thải trong các nhà máy khác vì độ chính xác của các thiết bị này, với dải turn down rộng lên đến 100:1, sự sụt áp rất nhỏ, không có bộ phận chuyển động (no-moving parts design), yêu cầu về bảo trì thấp, lắp đặt rất dễ dàng (do sử dụng công nghệ đo cắm trực tiếp trên đường ống) do đó giảm thiểu tối đa chi phí cho việc lắp đặt và bảo trì.

Hãng FCI (Fluid Components International LLC) có trụ sở chính tại San Marcos – California – USA, với việc sở hữu độc quyền công nghệ rất hiện đại hiện nay – công nghệ phân tán nhiệt theo nguyên lý đẳng dòng (Thermal Dispersion Technology) đã đáp ứng tốt các yêu cầu ứng dụng thực tế đòi hỏi trong công nghiệp xử lý nước thải nói riêng cũng như các ngành công nghiệp trọng điểm nói chung.

Trong một hệ thống xử lý Ozone điển hình, một đồng hồ đo lưu lượng theo công nghệ phân tán nhiệt sẽ được cài đặt trên mỗi máy tạo Ozone để tính tổng lưu lượng khối lượng dòng chảy (tota mass flow) của khí Ozone được tạo ra và sau đó theo các đường ống dẫn đến các khu vực xử lý khác nhau.

Các đồng hồ này sau đó cũng được lắp đặt tại mỗi vị trí xử lý khác nhau trong hệ thống xử lý nước thải, mà trong ví dụ của chúng tôi ở trên là nhà máy với hệ thống xử lý bao gồm khâu làm kết tủa các chất ô nhiễm trước khi vào lọc, các khí này sẽ khử toàn bộ các chất độc, chất ô nhiễm có hại cho sức khỏe con người nhằm mang lại một nguồn nước sạch hơn, an toàn hơn và thân thiện hơn với môi trường.