Princip:

Princip fotochemické oxidace H₂O₂/UVC spočívá v rozkladu H₂O₂ působením UV záření (o vlnové délce 254 nm), za vzniku hydroxylových radikálů.

Obr. 1   Schematické znázornění procesu fotochemické oxidace.

Hydroxylové radikály představují velmi silné oxidační činidlo (s oxidačně redukčním potenciálem E⁰ = 2,8 V), které je schopné rozložit většinu organických polutantů. Hydroxylové radikály reagují s rozpuštěnými organickými kontaminanty v sérii navazujících řetězových reakcí za tvorby méně toxických reakčních intermediátů až na cílové netoxické oxidační produkty CO₂ a H₂O. V případě substituovaných uhlovodíků vznikají ještě příslušné minerální kyseliny nebo soli.

Popis technologie:

Základní technologický prvek celé jednotky tvoří fotochemický reaktor, kterým protéká čištěná voda s nadávkovaným H₂O₂ za současného ozařování UV zářením.

Zde probíhá rozklad H₂O₂ katalytickým účinkem UV záření na hydroxylové radikály, které napadají molekuly organické kontaminace, viz obr.1. Počet germicidních zářivek a celkový výkon dodaného UV-C záření se navrhuje experimentálně na základě průtoku čištěné vody a koncentraci kontaminujících látek. Technologie může pracovat buď v kontinuálním režimu, nebo v diskontinuálním režimu, kdy čištěná voda cirkuluje v uzavřeném okruhu přes fotoreaktor. Vyčištěná voda prochází ještě přes filtr s katalytickým ložem (např. s aktivním uhlím nebo MnO₂), kde zbaví zbytkového H₂O₂.

Hlavní výhody technologie:

• Velmi účinná oxidační technologie pro čištění a desinfekci vod
• Kontaminanty jsou oxidovány až na netoxické produkty CO₂ a H₂O a minerální soli.
• Nejsou produkovány sekundární odpady (nasycené sorbenty, kaly apod.)
• Automatizovaný proces, vyžadující pouze občasnou kontrolu

Potenciální omezení:

• Maximální obsah organického znečištění vyjádřený jako TOC do 1500 mg/l
• Obsah kovů ve vstupní vodě (maximálně 5 mg/l Fe a 2 mg/l Mn)
• Vysoký obsah FNI (fenolový index), snižující průnik UV záření
• Obsah suspendovaných částic ve vodě

Služby a produkty:

• Průzkum a hodnocení kontaminovaných lokalit
• Laboratorní testy fotochemické oxidace s dodanou kontaminovanou vodou
• Ověření procesu fotochemické oxidace přímo u zákazníka
• Pronájem mobilní jednotky fotochemické oxidace
• Studie proveditelnosti a základní návrh technologie fotochemické oxidace, odhad investičních a provozních nákladů
• Návrh a dodávka provozní jednotky fotochemické oxidace (max. 5 m³/hod.)

Základní informace pro posouzení použitelnosti technologie:

• Koncentrace a druh kontaminace ve vodě
• Průtok vody
• Požadované cílové limity

Referenční projekt:

Technologie fotochemické oxidace byla instalována na malé čistírně odpadních vod sloužících pro obec s nemocničním zařízením pro dočišťování s reziduálních obsahů farmaceutických látek.

Zařízení se sestává ze čtyř fotochemických reaktorů (průměr 219 mm, délka 1250 mm), které jsou uspořádány v nosném dvoupatrovém rámu, jak ilustruje obr.2. Všechny 4 reaktory jsou propojeny sériově. Jednotka je navržena na maximální průtok vody 2 l/s.

Každý z fotochemických reaktorů je opatřen třemi UV výbojkami, dohromady emitujícími záření o výkonu 600 W (celkově 2400 W), vlastní výkon UV záření tvoří asi 35 %. Zářivky jsou umístěny do tvaru rovnoramenného trojúhelníka. Toto uspořádání zářivek zajišťuje optimální dotaci i využitelnost dopadajícího UV záření do čištěné vody. Každá zářivka je uložena v dobře utěsněné ochranné křemenné trubici (zajišťující vodotěsnost) a lze ji snadno vyměnit v případě poruchy.

Průměrné množství zářivého toku energie o vlnové délce 254 nm, v ose nezavodněného fotochemického reaktoru je 12 000 μW/cm². Tím dochází k účinnému rozkladu dávkovaného oxidačního činidla v reakční zóně fotochemického reaktoru. Současně dochází ke sterilizaci vody a zabránění množení nežádoucích patogenních mikroorganismů. Pomocí senzoru UV záření lze snadno kontrolovat výkon pronikajícího UV záření, pokles výkonu indikuje zanášení křemenných trubic, případně konec životnosti UV výbojek. Na vstupním potrubí znečištěné vody je dávkován H₂O₂ membránovým čerpadlem. V elektrickém rozvaděči jsou uloženy předřadníky pro spouštění zářivek, jističe a další důležité prvky ovládání technologie.

Obr. 2   Pilotní jednotka fotochemické oxidace H₂O₂/UV.

Vyčištěná voda odcházející z fotoreaktoru ještě protéká přes filtr s aktivním uhlím pro odstranění zbytkového H₂O₂ (maximální koncentrace H₂O₂ ve vyčištěné vodě byla 3 mg/l). Průtok čištěných vod je 2000 l/hod. Metodou fotochemické oxidace jsou účinně odbourávány perzistentní farmaceutické látky gabapentin, diklofenak, sulfamethoxazol, hydrochlorothiazid, karbamazepin a tramadol., jak uvádí obr.3, jejichž minimální účinnost odstranění dosahovala 85 %.

Obr. 3   Účinnosti odstranění farmaceutických látek technologií fotochemické oxidace.

Dominantní provozní náklad tvoří spotřebovaná elektrická energie 12 Kč/m³ a náklady na H₂O₂ jsou již minoritní 2 Kč/m³. Dále je nutné uvažovat režijní náklady na čištění systému roztokem H₃PO₄ a výměnu UV zářivek po 10 000 hod.