คู่มือวิศวกรรมโอโซน

01

ภาพรวมคู่มือ

ภาพรวม

โอโซน (O₃) เป็นออกซิเจนรูปแบบพลังงานสูง ใช้ในงานลดจุลชีพ การออกซิเดชัน ควบคุมกลิ่น บำบัดน้ำ และระบบสุขอนามัยขั้นสูง สำหรับระบบ BES ต้องพิจารณาการผลิต การถ่ายเท เวลาสัมผัส การสลายตัว และความปลอดภัยร่วมกัน

โอโซนทำอะไร

ออกซิไดซ์จุลชีพ สารอินทรีย์ สารก่อกลิ่น โลหะละลาย และภาระจากไบโอฟิล์ม (Biofilm หรือคราบจุลินทรีย์)

ทำไมต้องผลิต ณ จุดใช้งาน

โอโซนมีอายุสั้นและสลายกลับเป็นออกซิเจน จึงผลิตใกล้จุดใช้งาน

วิศวกรต้องกำหนดอะไร

กำลังผลิต การถ่ายเท การผสมทางไฮดรอลิก เวลาสัมผัส ความต้องการโอโซน โอโซนคงเหลือ และการจัดการ Off-gas

02

เคมีพื้นฐาน

วิทยาศาสตร์ของโอโซน

O₃ มีออกซิเจนสามอะตอม อะตอมที่สามทำให้โมเลกุลไม่เสถียรและไวต่อปฏิกิริยา จึงออกซิไดซ์ผนังเซลล์ สารก่อกลิ่น และสารปนเปื้อนละลายน้ำได้หลายชนิด และเป็นเหตุให้ต้องผลิตใกล้จุดใช้งาน

คุณสมบัติ	ค่าอ้างอิง	ความหมายทางวิศวกรรม
สูตรเคมี	O₃	ออกซิเจนสามอะตอม แทน O₂ ที่มีสองอะตอม
มวลโมเลกุล	48 g/mol	ใช้แปลงสมดุลมวลระหว่างกำลังผลิตก๊าซกับโดสโอโซนละลายในน้ำ
ศักย์ออกซิเดชัน	2.07 V	สูงกว่าคลอรีนและสนับสนุนการออกซิเดชันจุลชีพและสารปนเปื้อนหลายชนิดอย่างรวดเร็ว
การจัดเก็บ	ผลิต ณ จุดใช้งาน	โอโซนสลายกลับเป็นออกซิเจนตามธรรมชาติ จึงไม่เก็บแบบสารเคมีปริมาณมาก
ครึ่งชีวิตในน้ำ	10-20 min	ค่าอ้างอิงทั่วไปที่ 20-25°C และ pH 7; ค่าจริงเปลี่ยนตามคุณภาพน้ำ

03

แพลตฟอร์มเทคโนโลยี

วิธีผลิตโอโซน

ระบบเชิงพาณิชย์ใช้พลังงานไฟฟ้าเปลี่ยนออกซิเจนหรือน้ำให้เป็นโอโซน วิธีที่เหมาะสมขึ้นกับคุณภาพสารป้อน กำลังผลิต ความบริสุทธิ์ งานใช้งาน กลยุทธ์บำรุงรักษา และการออกแบบระบบร่วม

การผลิตโอโซนแบบ Corona Discharge

การคายประจุไฟฟ้าเปลี่ยนก๊าซออกซิเจนเป็นโอโซน เพื่อจ่ายเป็นก๊าซหรือละลายในน้ำ

PEA electrolysis

การผลิตโอโซนด้วยกระบวนการอิเล็กโทรไลซิส (EOG) แบบแผ่น เหมาะกับกระบวนการน้ำประปาที่กำหนด

PEM electrolysis

เซลล์เมมเบรนช่วยผลิตโอโซนความบริสุทธิ์สูงจากน้ำ RO หรือน้ำบริสุทธิ์

AAOP

แนวทาง Advanced Oxidation ผสานโอโซนกับเส้นทางปฏิกิริยาที่ว่องไวสำหรับอากาศและกลิ่น

วิธี	สารป้อน	บทบาททางวิศวกรรมทั่วไป
Corona discharge	อากาศแห้งหรือก๊าซออกซิเจน	ให้กำลังผลิตในเฟสก๊าซสูงสำหรับระบบขนาดใหญ่ ต้องเตรียมก๊าซและถ่ายเทลงน้ำ
PEA electrolysis	น้ำประปาที่เหมาะสม	ผลิตโอโซนละลายในน้ำโดยตรงสำหรับระบบ Inline และงานแช่ด้วยน้ำโอโซน
PEM electrolysis	น้ำ RO หรือน้ำบริสุทธิ์	เซลล์แยกด้วยเมมเบรนสำหรับผลิตโอโซนความบริสุทธิ์สูง
AAOP	โอโซนร่วมกับเส้นทาง Advanced Oxidation	สนับสนุนการเกิดกลุ่ม Reactive Oxygen Species (ROS) สำหรับงานสุขอนามัยอากาศและกลิ่น

04

เส้นทางปฏิกิริยา

การออกซิเดชันและปฏิกิริยา

โอโซนทำปฏิกิริยาโดยตรงกับสารหลายชนิดและอาจสนับสนุนเส้นทางออกซิเดชันทางอ้อม ในระบบจริง โอโซนบางส่วนถูกความต้องการของกระบวนการใช้ทันที บางส่วนคงเหลือ และส่วนที่เหลือสลายกลับเป็นออกซิเจน การออกแบบที่ดีต้องควบคุมตำแหน่งและระยะเวลาของปฏิกิริยา

01ผลิต

02ถ่ายเท

03สัมผัส

04ทำปฏิกิริยา

05สลายตัว

05

การออกแบบการสัมผัส

แนวคิดค่า CT

ค่า CT (ความเข้มข้น × เวลาสัมผัส) ใช้เปรียบเทียบการสัมผัสสารออกซิไดซ์ที่กระบวนการได้รับจริง ไม่ใช่ค่าเป้าหมายเดียวที่ใช้ได้กับทุกจุลชีพหรือทุกงาน

สูตรหลัก

CT = C × T

การตีความ

การสัมผัส ไม่ใช่เพียงกำลังผลิต

ตัวแปร	ความหมาย	หมายเหตุการออกแบบ
C	ความเข้มข้นโอโซนคงเหลือ	ค่าที่วัดหรือจำลอง ณ จุดสัมผัสที่มีผล
T	เวลาสัมผัสที่มีผล	เวลาพักทางไฮดรอลิกที่โอโซนยังพร้อมทำปฏิกิริยา
CT	C × T	ดัชนีการสัมผัสสำหรับเปรียบเทียบการลดจุลชีพหรือการออกซิเดชัน
Demand	โอโซนที่ภาระน้ำหรืออากาศใช้ไป	สารอินทรีย์ โลหะ ไบโอฟิล์ม และสารปนเปื้อนลดโอโซนที่พร้อมใช้งาน

06

ประสิทธิภาพไฮดรอลิก

การถ่ายเทมวลและ MTE

ประสิทธิภาพการถ่ายเทโอโซน (MTE) คือสัดส่วนของโอโซนที่สามารถถ่ายเทเข้าสู่น้ำหรือกระบวนการเป้าหมายได้จริง เชื่อมกำลังผลิตเครื่องกับโอโซนละลายในน้ำที่ใช้ได้

สูตร MTE

Transferred O₃ / Generated O₃ — เครื่อง 1,000 mg/h ที่ 60% MTE ถ่ายเทโอโซนได้ประมาณ 600 mg/h

ปัจจัยสำคัญ

Injector + contact design: ขนาดฟอง ความดัน อัตราการไหล รูปทรงถัง คุณภาพน้ำ และ Off-gas

การถ่ายเทก๊าซสู่น้ำ

โอโซนต้องผ่านจากเฟสก๊าซสู่น้ำก่อนจึงจะเป็นโอโซนละลายในน้ำคงเหลือ

เวลาพักทางไฮดรอลิก

ปริมาตรสัมผัสและอัตราการไหลกำหนดเวลาที่โอโซนพร้อมทำปฏิกิริยา

การควบคุม Off-gas

โอโซนที่ไม่ถ่ายเทต้องจัดการอย่างปลอดภัยและไม่นับเป็นปริมาณบำบัด

07

การเดินระบบแบบควบคุม

ความปลอดภัยและการจัดการ

โอโซนเป็นสารออกซิไดซ์ที่แรงและต้องออกแบบให้ควบคุมการสัมผัส ระบบที่ปลอดภัยประกอบด้วยวัสดุที่เข้ากันได้ การระบายอากาศ การตรวจวัดตามความเหมาะสม การควบคุม Off-gas Interlock พื้นที่บำรุงรักษา และบุคลากรที่ผ่านการฝึกอบรม

พื้นที่	มาตรการควบคุม	วัตถุประสงค์
ห้องผลิตโอโซน	การระบายอากาศและตรวจวัดโอโซน	ป้องกันการสะสมโดยไม่ตั้งใจและควบคุมการสัมผัส
ระบบบำบัดน้ำ	ควบคุม Off-gas และออกแบบถังสัมผัส	ทำลายหรือระบาย Off-gas อย่างปลอดภัยและป้องกันผู้ปฏิบัติงาน
วัสดุ	ชิ้นส่วนสัมผัสของไหลที่ทนโอโซน	ใช้ซีล ท่อ ข้อต่อ และ Reactor ที่เข้ากันได้
การเดินระบบ	Interlock การบำรุงรักษา และการฝึกอบรม	ให้ระบบตอบสนองคาดการณ์ได้ขณะเริ่ม หยุด และเกิด Fault

คู่มือวิศวกรรมโอโซน

เชื่อมความรู้กับระบบ BES