Hiểu biết về Ozone Kỹ thuật trộn khí Ozone vào nước

Kỹ thuật trộn khí Ozone vào nước

Để tăng lượng ozone hòa tan trong nước cần:
- Tăng nồng độ ozone trong hỗn hợp khí đầu ra bộ phát ozone
- Tăng áp suất hỗn hợp khí đầu ra bộ phát ozone (chứa ozone)
- Giảm nhiệt độ nước
Ngoài ra độ pH cũng ảnh hưởng tới độ hòa tan của ozone trong nước: hòa tan tốt hơn khi độ pH giảm. Một tác nhân quan trọng nữa là tăng sự tiếp xúc giữa khí ozone và nước.
Có một số phương pháp phổ biến người ta hay dùng trong kỹ thuật hòa tan ozone vào nước đó là:

Phương pháp sử dụng ống venturi

Ống venturi là ống tròn có một khúc đường kính được thu hẹp. Chất khí hay chất lỏng chảy trong ống venturi sẽ có tốc độ khác nhau: V1 tại nơi đường kính lớn và V2 tại nơi đường kính nhỏ (chỗ bị thu hẹp), trong đó, để bảo đảm tính liên tục của dòng chảy, V2>V1. Định luật Bernoulli cho biết, trong dòng chảy liên tục của chất khí hay chất lỏng, nơi nào tốc độ lớn thì áp suất nhỏ.
Thật vậy, năng lượng của dòng chảy bao gồm: động năng ½ rv² (v: tốc độ, r mật độ), thế năng mrh (m: khối lượng, h: chiều cao của hệ, đại lượng này không đổi) và áp suất p = F/m². Có thể viết phương trình năng lượng của 2 đoạn ống có đường kính và tốc độ V khác nhau dựa vào định luật bảo toàn năng lượng:
P1 +½ rv12 + rgh = P2 +½ rv₂² + rgh
Vì ống đặt trên cùng độ cao, h=const và r =const, suy ra:
P1 + ½ rv₁² = P₂ + ½ rv₂²,
Vậy tại nơi ống thu hẹp tốc độ dòng chảy tăng, V2>V1
Từ đó có: P2 < P1

Sơ đồ ống venturi dùng để “hút” khí ozone vào dòng nước trình bày trên hình 1. Nước được bơm vào đường ống, tại chỗ hẹp, tốc độ tăng, áp suất giảm (hình 1 trái, suất hiện độ chênh D ). Tại đây khí ozone từ máy phát có áp suất cao hơn bị hút vào dòng nước và pha trộn với nước (hình 1, phải). Để không cho nước chảy ngược vào máy phát ozone, đặt một van một chiều sao cho chỉ khí ozone đi vào dòng nước. Để tăng hiệu quả, góc mà dòng nước chảy vào đoạn ống hẹp được thiết kế sao cho tăng áp suất “âm” tại đây.
Hình 2 cho thấy sơ đồ lắp hệ thống trộn khí vào nước bằng ống venturi và ống xoắn tĩnh (Static-mixer). Ống xoắn tĩnh dùng để tăng sự tiếp xúc giữa khí ozone và nước, tại đây dòng nước lẫn ozone chảy theo các đường zic - zắc, đảo chiều liên tục. Chuyển động xoắn đó làm tăng sự tiếp xúc giữa ozone và nước.

Phương pháp bọt khuếch tán:

Có thể trộn ozone vào nước thông qua bọt khí ozone (Hình 3). Bản chất phương pháp này là tăng tiếp xúc giữa khí ozone và nước. Khí ozone được bơm vào nước qua các vật xốp tạo bọt ozone. Bọt ozone đi vào các ngăn chứa nước và hòa tan vào nước.

Khí ozone phun vào nước thông quá các đầu tạo bọt/khuếch tán (gọi là diffuser). Bọt ozone đi theo dòng chảy zic- zắc, khuếch tán và hòa tan vào nước. Mô hình này được dùng tại nhà máy nước Southwest WTP, Orlando, Florida).

Phương pháp dòng xoáy:

Nguồn khí được đưa đến một buồng bơm có tốc độ cao. Tại đây dòng khí được tua bin “xay” nhỏ và phân tán vào nước. Do tua bin quay tốc độ cao nên bọt khí hình thành rất nhỏ dễ dàng hòa tan trong nước do diện tích bề mặt tiếp xúc lớn, nước ozone được đẩy ra khỏi buồng trộn do áp suất bơm và nguồn nước mới được hút vào thay thế. Như vậy không gây ra sự bão hòa cục bộ ozone trong buồng. Khí dư trong buồng được tái sử dụng tiếp tục đưa vào trộn. Hiệu suất trộn của hệ rất cao dễ dàng đạt đến 90%. Tuy nhiên hệ cần chuyển động tốc độ cao của tua bin nên hao tốn năng lượng và yêu cầu bão trì tua bin và động cơ.

Phương pháp tạo bọt khí ozone kích thước micro, nano:

Gần đây bọt khí kích thước micro, nano mét được thử nghiệm và có thể làm tăng khả năng hòa tan ozone trong nước. Bọt ozone micro và nano mét có thể tạo ra bằng sóng âm hay bằng cách liên tục thay đổi áp suất của chất lỏng