Về mặt công nghiệp, ozone thu được bằng cách cho một dòng không khí hoặc oxy hay hỗn hợp của chúng (1) chạy giữa hai điện cực (2) và (3) đặt dưới một điện áp xoay chiều. Để phóng điện đồng nhất và tránh tạo ra hồ quang, một trong các điện cực (2) có chiều dày như tạo ra một đẳng thế. Điện áp đặt giữa hai điện cực phụ thuộc vào bản chất, bề dày cách điện cũng như bề rộng khe hở phóng điện (5) và áp suất làm việc tuyệt đối. Thực tế nó có giá trị khoảng từ 6000 đến 18000 V.

 

1. Cửa không khí hay oxy vào; 2, 3. Điện cực; 4. Cách điện; 5. Khe hở phóng điện; 6. Không khí hay oxy + ozone; 7. Nước làm lạnh.

Hình 1: Ống sản xuất Ozone

 

 

Hình 2: Đầu của một hệ thống tạo                      

Hình 3: Chi phí năng lượng riêng ozone với hệ thống nối điện phụ thuộc vào nồng độ ozone sinh ra ở tần số trung bình cho lò phản ứng đã tối ưu:

 

Lò phản ứng sản xuất Ozone phụ thuộc chủ yếu vào đặc tính hình học của các phần tử cấu tạo lò sản xuất Ozone, nhiệt độ và áp suất của plasma lạnh (đối với một điện áp đã cho).

Sản xuất ozone phụ thuộc chủ yếu vào công suất hấp thụ và lưu lượng khí cấp chuyển qua đối với mỗi loại lò đã cho (đặc tính tĩnh).

Tùy theo các trường hợp, theo công thức tính toán của mô hình lò phản ứng lý tưởng ở dòng chảy hỗn hợp hoàn hảo và theo mô hình phản ứng lý tưởng với dòng chảy kiểu piston ta có thể tính được nồng độ Ozone sinh ra và lượng sản xuất được. Hiệu quả của lò phản ứng có thể tính được từ số liệu của công suất cấp vào.

Nồng độ Ozone thông thường trong khí cấp thường là:

• 10 – 40g/Nm³ trong trường hợp sử dụng không khí;
• 10 – 140g/Nm³ trong trường hợp sử dụng oxy;

Đối với giải nồng độ này, với điều kiện là làm khô không khí hay oxy hoặc hỗn hợp của cả hai (điểm hóa hơi giữa -60 và -80⁰C), năng suất Ozone hiện nay, tùy theo loại và bản chất của khí cấp được sử dụng, khoảng từ 68 đến 430g/m² diện tích cách điện và trong 1 giờ. Trong điều kiện sử dụng thông thường hình thành như sau:

• Không khí: 13 – 18kWh/kg ở nồng độ 18g/Nm³;
• Oxy: 6kWh/kg ở nồng độ 70g/Nm³;

Một phần rất quan trọng của năng lượng này được giảm dần dưới dạng nhiệt, nó làm tăng nhiệt độ của plasma một cách đáng kể.

Năng suất tổng cộng chuyển hóa oxy thành ozone phụ thuộc vào nhiệt độ. Việc tăng nhiệt độ đưa đến điều không tránh khỏi là làm giảm hiệu suất chung của quá trình, do đó cần phải thoát nhiệt liên tục sinh ra và duy trì đẳng nhiệt của plasma. Điều đó kéo theo sự làm lạnh hiệu quả của lò sản xuất ozone. Việc làm lạnh thực hiện bằng tuần hoàn nước.

Hình 4: Sản phẩm ozone trong chế độ nhiệt của nước làm lạnh

1.6 Lịch sử của quá trình khám phá, phát triển, ứng dụng Ozone

– Đầu năm 1785, Van Marum đã phát hiện ra Ozone.

– Năm 1840, Schonbein (người Đức) đặt tên Ozone (nhiều tại liệu cho là từ tiếng HyLapj “Ozein”- nghĩa là không khí trong lành. Trung Quốc gọi là “Chou yang” nghĩa Hán Việt là Xú khí, hoặc “Hou yang” – Hoạt khí).

– Năm 1873, Werner Von Svemens sáng chế ra ống tạo ozone.

– Năm 1873, Vox phát hiện ra khả năng diệt vi sinh của Ozone.

– Từ đầu năm 1900, nhiều nước đã sử dụng Ozone vào việc sát khuẩn, khử độc, bảo quản thịt cá, thực phẩm đông lạnh, sữa, trứng và các chế phẩm từ chúng.

– Từ đầu năm 1900, nhiều nước đã sử dụng ozone vào làm sạch nước cấp cho sinh hoạt với công suất lớn như nhà máy nước ở Schiertein, Wiesbaden, Padenborn (Đức), Nice (Pháp- 1909), Maur – Pari (1909), Peterburg (1910 – Nga), Whiting (1940 – Mỹ).

– Tuy nhiên, do sức ép kinh tế, trong nửa đầu thế kỉ 20, ngoại trừ Pháp, hầu hết các nước dùng Chlorine, tạm thời quên đi những lợi ích kì diệu của Ozone.

– Đến năm 1950, người ta lại quay trở lại Ozone. Ozone nhanh chóng được sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực: sát khuẩn, khử độc, khử mùi, khử màu, làm sạch không khí, nước uống, nước thải, bảo quản, chế biến thực phẩm, oxi hóa trong công nghệ hóa chất…

– Năm 1973, Hiệp hội Ozone quốc tế (IOA) được thành lập và phát triển rất nhanh các hội thành viên ở hầu hết các nước phát triển.

– Từ thập niên 90, Ozone đã ở vị trí đầu của công nghệ làm xanh, sạch và an toàn.

– Từ năm 1986, ở Mỹ bắt đầu ban hành hàng loạt các quy chế về vệ sinh an toàn thực phẩm, an toàn công nhân sản xuất, an toàn cho môi trường chung … trong các quy chế đó Ozone đóng vai trò quan trọng. Cũng từ thập niên này ion âm được phối hợp với Ozone nhất là tiền xử lý mùi bùn rác hữu cơ trước khi chuyển sang giai đoạn Ozone.

– Từ năm 1999, Nhật Bản nghiên cứu sử dụng đồng thời ion âm với ozone trong việc sát khuẩn, cho phép giảm đi 5 lần lượng ozone và vẫn đạt hiệu quả tương đương.

– Năm 2000, công nghệ oxy hóa sâu (Advanced Oxidation Process – AOP) đã được báo cáo tại hội nghị Quốc tế ở Tokyo.

– Ngày 26/6/2001, Cục quản lý dược và thực phẩm Mỹ (FDA) cho phép dùng Ozoen sát khuẩn trực tiếp đối với thực phẩm.

– Ở Việt Nam, Ozone nhân tạo đã được nhiều cá nhân, đơn vị nghiên cứu ứng dụng từ trước năm 1990 chủ yếu trên cơ sở các máy nước ngoài như Pháp, Canada, Mỹ, Nga … Máy Ozone – ion âm gia dụng và công nghiệp cỡ nhỏ bắt đầu được sản xuất bằng công nghệ nội sinh từ năm 2000, sau đó trở thành hàng hóa với các thương hiệu trên thị trường