فرآیند اکسیداسیون پیشرفته در تصفیه فاضلاب

بی شک صنایع، در زنجیره پیشرفت هر سرزمینی نقش غیرقابل انکاری دارند. توجه همزمان به تداوم فرآیند تولید در کنار عدم آلودگی محیط زیست نیازمند بهینه سازي فرآیندهاي تصفیه پساب و پسماند صنعتی و نیز استفاده از تکنیک هاي نوین در تصفیه خانه هاي صنعتی است. مقدار لجن مازاد بیولوژیکی وشیمیایی حاصل از تصفیه پساب صنعتی در صنایع ایران حدود هفتاد هزار تا نود هزار تن در ماه است. برآوردها نشان میدهد که هزینه مدیریت پسماند لجن در واحدهای صنعتی حدود 40تا  50 درصد کل هزینه هاي تصفیه خانه است. علاوه بر این، دفع این پساب که اغلب حاوی بار آلی فراوان و دترجنت است موجب آثار مخرب زیست محیطی خواهد بود؛ لذا براي به حداقل رساندن مقدار لجن مازاد ، بار آلی و دترجنت، از روشهاي فرآیند اکسیداسیون پیشرفته در تصفیه فاضلاب استفاده می گردد.

اکسیداسیون پیشرفته AOPs چیست؟

فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته (AOP) به مجموعه ای از روش های تصفیه شیمیایی اشاره دارد که برای حذف مواد آلی (و گاهی غیر آلی) در آب و فاضلاب توسط اکسیداسیون از طریق واکنش با رادیکال های هیدروکسیل طراحی شده اند. این فرآیندهای اکسیداسیون برای دستیابی به کاهش و کانی سازی کامل آلاینده ها – حتی با واکنش پذیری کم – مناسب هستند.

پیشنهاد می کنیم مقاله تصفیه فاضلاب به روش mbbr را مطالعه کنید.

انواع فرآیند اکسیداسیون پیشرفته (AOPS) در تصفیه فاضلاب

روشهاي اكسيداسيون پيشرفته بطور معمول به چند دسته تقسيم ميشوند:

• روشهاي شيميايي مانند O₃ و O₃/H₂O₂ 
• روشهاي فتوشيميايي و فتوكاتاليزوري مثل اكسنده/ UVيا فتوكاتاليزورUV
• روشهاي مكانيكي مثل فراصوت
• روشهاي الكتريكي مثل تخليه قوس

همچنين راندمان فرآیند اکسیداسیون پیشرفته در تصفیه فاضلاب بر پايه ازن بستگي به نوع آغازگري دارد كه با آن همراه است. استفاده از پراكسيد هيدروژن در كنار ازن علاوه بر تقويت قدرت اكسندگي آن و كاهش ميزان اكسنده مورد نياز جهت تصفيه تركيبات مقاوم، از نقطه نظر اقتصادي نيز فرايند را توجيه ميكند. ازن با توليد راديكال هيدروكسيل و بهره گيري از راديكال توليدي منجر به تخريب آلاينده ها ميشود

ويژگيهاي منحصر بفرد راديكال هيدروكسيل از جمله واكنش پذيري زياد ، عدم انتخابگري و پتانسيل اكسيداسيوني 2/80 ولت آنرا از ساير اكسنده ها متمايز كرده و موجب شده تا تخريب تركيبات آلي مقاوم مثل آروماتيكها، فنولها و تركيبات كلردار به همراه ازن با سرعت مناسبي انجام گيرد. ازن به تنهايي قادر به معدني سازي با بازدهي كافي نيست، بنابراين براي بهبود قدرت اكسندگي آن از تركيب ازناسيون با كاتاليزورهاي مختلفي استفاده ميشود كه موجب تخريب سريعتر مواد آلي ميشوند. چون كاتاليزور علاوه بر تقويت قدرت اكسندگي ازن باعث توجيه فرايند از نقطه نظر اقتصادي ميشود، بنابراين كاربرد گسترده اي در تصفيه پساب ها دارد.

در ادامه به کارایی روش ترکیبی اکسیداسیون پیشرفته پروکسون در جدول زیر میپردازیم.

پیشنهاد می کنیم مقاله تفاوت تصفیه فاضلاب SBR ، MBR و MBBR را مطالعه کنید.

نحوه تصفیه فاضلاب با اکسیداسیون پیشرفته

پس از ورود مواد اکسیدکننده از قبیل ازن، (آب اکسیژنه) H₂O₂، اشعه UV و fe⁺² آهن دوظرفیتی(فروث)، رادیکال های آزاد هیدروکسیل تولید میشوند. رادیکال های آزاد هیدروکسیل قدرت واکنش پذیری بسیار بالایی داشته و با مواد آلی موجود در فاضلاب واکنش می دهند. در اثر این واکنش، مواد واسطه تولید میشوند که با سایر روش ها به خصوص بیولوژیکی قابل حذف هستند. همچنین طراحی فرآیندAOP  شامل انتخاب فرآیند تولید رادیکال هیدروکسیل، تخمین سینتیک(درجه واکنش و شرایط عملیاتی و فرآیندی) واکنش با ترکیب هدف و طراحی راکتور است. حضور مواد آلی و معدنی واکنش دهنده با .HO(هیدروکسید) راندمان فرآیند ترکیب هدف را کاهش خواهد داد. قابلیت و کارایی روش اکسیداسیون پیشرفته AOP به عواملی بستگی دارد که از آن جمله می توان به برهم کنش مواد موجود در فاضلاب و محصولات جانبی تولیدی اشاره کرد.

فرآیند اکسیداسیون پیشرفته در تصفیه فاضلاب (Advanced oxidation processes) AOPs روش اکسیداسیونی است که در فاز مایع (آبی) انجام می گردد و متشکل از گونه های بسیار واکنش دهنده(فعالیت واکنشی بالا)  که در تخریب اکسید شونده های آلاینده های هدف، مورد استفاده قرار می گیرد، میباشد. در فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته (Advanced oxidation processes) AOPs یک اکسیدکننده ثانویه بسیار قدرتمندتر از رادیکال های هیدروکسیل، درفاز مایع(آب) ایجاد می شود که دارای انتخاب پذیری  پایینی می باشند که این اکسید کننده ثانویه می تواند باعث اکسیداسیون بیشتر ترکیبات آلی تا زمانی که کاملاً به کربن دی اکسید و آب تبدیل شوند، گردد. رادیکال هیدروکسیل پتانسیل اکسیداسیون بسیار بالاتری نسبت به ازن یا پراکسید هیدروژن به تنهایی دارد و معمولاً حداقل (10^6) بار سریعتر واکنش نشان می دهد، که همین امر باعث نیاز به زمان ماند کمتر و حجم مخازن کوچکتر است.

همانگونه که از جدول فوق مشخص است حالت ترکیبی پروکسون در مقایسه با حالات منفرد اکسیداسیون از کمترین بازده برخوردار است. استفاده از 3سی سی پراکسیدهیدروژن با بازده 73درصدي بهترین نتیجه را داشته است. نتایج تمامی حالت هاي استفاده از ازناسیون در رده هاي بعد از پراکسید قرار گرفته است.

مقایسه نتایج CODدر حالات مختلف بیانگر آنست که باز هم حالت استفاده از 3سی سی پراکسید بهترین نتیجه را با بازده حدود 57درصد داشته است. نکته قابل ذکر دیگر بازده 40درصدي روش پروکسون در حذف CODاست. روش ازناسیون در زمینه حذف بارآلودگی کمترین توفیق را داشته اند.

همچنین نتایج حاصل از تحقیقات نشـان می دهد کـه بـین pHو زمان تماس با رانـدمان حـذف پارامترهـای CODو سورفاکتانت های آنیونی ارتباط مستقیم وجود دارد. به این ترتیب که هـر چـه pHبـه سـمت قلیـایی پـیش می رود مقدار حذف افزایش مییابد. همچنین هر چـه زمان تماس ازن با فاضلاب افـزایش مـییابـد، مقـدار حذف پارامترهای مذکور نیز افزایش مییابد. به طـور کلی میتوان نتیجه گرفـت کـه فراینـد پروکسـون در ترکیب با یك روش پیش تصفیه سـاده مـیتوانـد بـه عنوان یك روش مطمـئن و مـؤثر بـه منظـور تصـفیه پسابهای صنایع کوچك مثل کارواشها و قالی شویی هایی کـه حـاوی ترکیبات آلی به خصوص دترجنت ها و CODاست، مورد استفاده قرار گیرد.

پیشنهاد می کنیم مقاله فرآیند لجن فعال متعارف در تصفیه فاضلاب را مطالعه کنید.

مزایای فرآیند اکسیداسیون پیشرفته AOPs

• تولید لجن بیولوژیکی و شیمیایی کم
• مصرف انرژی کم
• قابلیت ترکیب با روش های دیگر تصفیه پساب
• راندمان بسیار بالا در حذف مواد آلی و دترجنت ها
• مورد استفاده در مواقعی که دیگر روش های تصفیه، راندمان های بسیار پایینی دارند
• قابلیت استفاده در پیش تصفیه و یا استفاده در مراحل آخر تصفیه پساب
• راندمان بالا در مواقعی که نسبت BOD/COD بسیار پایین باشد
• راندمان نسبتا خوب در حذف فلزات سنگین

پیشنهاد می کنیم مقاله تصفیه فاضلاب به روش RBC را مطالعه کنید.

معایب اکسیداسیون پیشرفته

• بهره برداری دشوار
• راندمان کم در مواقعی که بارآلی نوسان بسیار بالایی داشته باشد.
• کدورت و رنگ زدایی(که به دلیل اضافه کردن آهن سولفات ایجاد گردیده است) نسبتا دشوار بعد ازتصفیه پساب به این روش
• سیستم کنترلی نسبتا پیچیده
• در بعضی مواقع (اکسیداسیون ترکیبی) پر هزینه می باشد

کاربردهای اکسیداسیون پیشرفته AOPs در تصفیه فاضلاب

• صنایع بالادستی و میان دستی(مانند پالایشگاه های نفت)
• صنایع تولیدی مواد شیمیایی
• صنعت تولید مواد شوینده
• صنایع داروسازی
• صنایع نساجی و رنگرزی

سخن پایانی

امروزه با توجه به مشکلات آب در اکثر نقاط دنیا خصوصا کشورمان ایران، تصفیه و استفاده مجدد از پساب ها اهمیت چندین برابری پیدا کرده است. اگرچه همه پساب ها با روش های معمول تصفیه ، قادر به استفاده مجدد نمی باشند. تصفیه پساب(بهداشتی و صنعتی) با فرآیند اکسیداسیون پیشرفته در تصفیه فاضلاب قادر به تصفیه در حد استانداردهای آب آشامیدنی حتی از آلاینده ترین پساب ها میباشد.  این روش که عموما در ترکیب با روش های دیگر(فیزیکی، شیمیایی، بیولوژیکی، فیلتراسیون) به کار می رود، راندمان بسیار بالایی در حذف بارهای آلی بالا ، دترجنت ها، فلزات سنگین و… را از خود نشان می دهد. برای مشاوره، طراحی و اجرای تصفیه خانه های خود، با کارشناسان شرکت مهندسی پاک پساب اقلیم تماس حاصل فرمایید.