CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI SỰ PHÂN HỦY CỦA OZONE TRONG NƯỚC.

Khí ozone được sản xuất nó sẽ phân hủy nhanh chóng, vì khí ozone là một hợp chất không ổn định thời gian bán rã tương đối ngắn. Thời gian bán rã của ozone trong nước ngắn hơn rất nhiều so với trong không khí.

Ozone phân rã trong nước dưới uống (điều kiện nước pH: 6-8,5), một phần trong phản ứng OH gốc tự do. Chính vì vậy, việc đánh giá một quá trình ozone luôn luôn liên quan đến phản ứng của hai loại: ozone và OH-gốc. 

Các yếu tố ảnh hưởng tới sự phân hủy của ozone: 

1. Nhiệt độ:

Nhiệt độ có ảnh hưởng quan trọng đến thời gian bán rã của ozone. Bảng 1 cho thấy thời gian bán rã của ozone trong không khí và nước. Trong nước thời gian bán rã của ozone là ngắn hơn rất nhiều nhiều so với trong không khí, nói cách khác ozone phân hủy nhanh hơn trong nước. Khả năng hòa tan của ozone giảm ở nhiệt độ cao hơn và ít ổn định. Mặt khác, tốc độ phản ứng tăng lên cùng với một yếu tố 2 hoặc 3 mỗi 10 ° C . Về nguyên tắc, ozone hòa tan trong nước không thể được áp dụng khi nhiệt độ trên 40 ° C, vì ở nhiệt độ này thời gian bán rã của ozone là rất ngắn.

Bảng 1: Thời gian bán rã của ozone trong khí và nước ở nhiệt độ khác nhau

2. PH

Như đã đề cập ở trên, ozone phân hủy một phần OH gốc tự do. Khi giá trị pH tăng, sự hình thành của các gốc OH-tăng. Trong một dung dịch có giá trị pH cao, có các ion hydroxit hơn hiện tại, xem công thức dưới đây. Những ion hydroxit hành động như một người khởi xướng cho sự phân hủy của ozone:

1 O3 + OH- → HO2- + O2

2 O3 + HO2- → •OH + O2 •- + O2

Các gốc tự do được sản xuất trong quá trình phản ứng 2 có thể giới thiệu những phản ứng khác với ozone, gây nhiều OH gốc tự do được hình thành. Ngoài những ảnh hưởng pH acid / base điểm cân bằng của một số hợp chất và cũng là tốc độ phản ứng của ozone. Điều này cũng áp dụng cho các phản ứng với CO32-, đó cũng phụ thuộc vào pH (Pka HCO32-/CO32- = 10,3). Hình 1 cho thấy rằng sự phân hủy của ozone trong một môi trường cơ bản là nhanh hơn nhiều hơn trong môi trường axit.

Hình 1: ảnh hưởng của pH đến sự phân hủy của ozone (T = 15 ° C)

3. Nồng độ chất rắn hòa tan

Ozone hòa tan có thể phản ứng với một loạt các vấn đề, ​​chẳng hạn như các hợp chất hữu cơ, vi rút, vi khuẩn,...... Kết quả là, ozone phân hủy thành chất khác; xem hình 2. Con số này cho thấy rằng thời gian bán rã của ozone trong nước cất là ngắn hơn nhiều so với nước khai thác.

Hình 2: Ozone phân hủy trong các loại khác nhau của nước ở 20 ° C. 1 = hai nước cất; 2 nước = chưng cất; 3 = nước máy; 4 = nước ngầm có độ cứng thấp; 5 = lọc nước từ hồ Zurich (Thụy Sĩ); 6 = lọc nước từ Bodensee (Thụy Sĩ)

     Ozone phân hủy OH gốc tự do  trong nước. Phụ thuộc vào bản chất của vấn đề giải thể thì có thể tăng tốc (chuỗi phản ứng) hoặc làm chậm sự phân hủy của ozone. Các chất làm tăng tốc độ phản ứng này được gọi là chất xúc tác. Chất ức chế là những chất làm chậm phản ứng. Khi nước ozone hóa, người ta thường sử dụng thuật ngữ "khả năng làm sạch" . Chất ức chế là các đơn vị phản ứng với OH gốc tự do và làm chậm các chuỗi phản ứng. Khả năng làm sạch có thể được định nghĩa như sau: 

kOH-DOC[DOC] + kOH-HCO3-[HCO3-] + kOH-CO32-[CO32-]

4. Cacbonat và bicacbonat

Chất ức chế làm chậm chuỗi phản ứng. Điều này là do sau khi phản ứng của chất ức chế với OH gốc tự do, các sản phẩm phản ứng không phản ứng với ozone thêm nữa. Cacbonat là một chất ức chế với một hiệu ứng mạnh mẽ. Việc bổ sung các cacbonat (CO32-) có thể làm tăng thời gian bán rã của ozone . Ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng cao nhất ở nồng độ thấp. Trên 2 mmol- 1 điều chế ozone và 3 mmol- 1 cho quá trình oxy hóa tiên tiến (AOP), việc giảm tốc độ phản ứng là không đáng kể . Khi một giải pháp chủ yếu trải qua phản ứng gián tiếp (với OH- gốc), ví dụ trong một giải pháp với một giá trị pH cao hoặc một quá trình AOP, sự hiện diện của chất gây ức chế là không mong muốn. Những chất gây ức chế phản ứng rất nhanh với OH gốc tự do và làm giảm khả năng oxy hóa. Đối với quá trình có chất gây ức chế cần thiết có ion cacbonat (CO32-) là một trong các chất gây ức chế mạnh hơn nhiều so với ion bicarbonate (HCO32-) (tốc độ phản ứng CO32-: k = 4,2 * 108 M-1s-1 và  tốc độ phản ứng HCO3-: k = 1.5 * 107 M-1s-1 ). Đó là lý do tại sao trong một quá trình ozone hóa trong điều kiện nước uống, nồng độ bicarbonate là ít quan trọng hơn. Hình 3 minh họa mối quan hệ giữa tỷ lệ cacbonat, tỷ lệ bicarbonate và pH.

Cân bằng biacbonat, cacbonat và cacbon dioxide

5. Vật liệu hữu cơ tự nhiên

Vật liệu hữu cơ tự nhiên (NOM) tồn tại trong tất cả các loại nước tự nhiên và thường được đo như carbon hữu cơ hòa tan (DOC). NOM làm giảm chất lượng của các nước có liên quan đến màu sắc và mùi vị. Ozone có thể được sử dụng trong xử lý nước , để giảm nồng độ của NOM. Nồng độ của NOM ở các vùng nước tự nhiên có thể thay đổi từ 0,2 - 10 mgl- 1. Sự ảnh hưởng của NOM với ozone là gấp đôi. Phụ thuộc vào loại NOM, nó có thể bị oxy hóa trực tiếp bởi NOM. Đây là các hợp chất dễ dàng phản ứng với ozone nhất,chẳng hạn như liên kết đôi, các hợp chất thơm được kích hoạt, các amin deprotonated và sunfua. Mặt khác, OH gốc tự do có thể phản ứng với NOM (phản ứng gián tiếp).

Trong vùng nước tự nhiên, rất khó để xác định sự ổn định của ozone. Điều đó có nghĩa là nó không thể ước tính các phần đó tăng tốc hoặc làm chậm phản ứng.