تصفیه فاضلاب به روش اکسیداسیون شیمیایی

اکسیدهای شیمیایی در تصفیه فاضلاب صنعتی

اکسیداسیون شیمیایی یک یا چند واکنش است که از یک ماده شیمیایی به ماده دیگری به نام اکسید کننده منتقل می شود. به عبارت دیگر، وقتی الکترون‌ها از یون‌ها، اتم‌ها یا مولکول‌ها حذف می‌شوند، ماده اکسیژن است و وقتی الکترون‌ها به یون‌ها، اتم‌ها یا مولکول‌ها اضافه می‌شوند، ماده کاهش می‌یابد. واکنش های اکسیداسیون و کاهش نقش مهمی در مهندسی محیط زیست دارند. جدول زیر قدرت اکسید کننده برخی از متداول ترین عوامل اکسید کننده را نشان می دهد.

جدول زیر برخی از نیروهای اکسید کننده را نشان می دهد

عامل اکسید کننده	پتانسیل اکسیداسیون (ولت)
فلوراید	/03
رادیکال هیدروکسیل	/80
اکسیژن اتمی	/42
ازن	/07
پراکسید	/77
رمنات	/67
اسید هیپوبرمیک	/
گاز کلر	/50
هیپوکلریت اسید	/49
اسیدهیپویدو	/
گاز کلر	/۳۶
ید	0/54

هنگامی که اکسیداسیون شیمیایی رخ می دهد، اکسیداسیون کامل ترکیب یا گروه هایی از ترکیبات ممکن است ضروری نباشد. در بیشتر موارد، اکسیداسیون جزئی به ترکیبات ساده و به راحتی فاسد شدنی برای تصفیه بیولوژیکی بعدی یا کاهش سمیت کافی است. فرآیند اکسیداسیون شیمیایی به دو گروه تقسیم می شود:

1. فرآیندهای اکسیداسیون شیمیایی کلاسیک
2. فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته (AOP)

اکسیدهای شیمیایی کلاسیک در تصفیه فاضلاب صنعتی

شیمی درمانی کلاسیک اغلب با اضافه کردن آب آلوده به افزایش آن کمک می کند. اکسیداسیون شیمیایی به طور گسترده در درمان مواد آلی مضر استفاده شده است. امروزه با استفاده از تکنولوژی می توان از فرآیند اکسیداسیون به طور موثر و ایمن در مقیاس پروژه های بزرگ با کنترل پارامترهای فرآیند استفاده کرد. این به دلیل سهولت دسترسی و مشکلات اقتصادی است. از این رو، به طور مختصر کارایی عوامل اکسید کننده مورد استفاده در تصفیه آب و فاضلاب توضیح داده شده است.

اکسیداسیون با کلر

کلر را می توان یک اکسید کننده شیمیایی خوب نامید و میکروارگانیسم ها را از بین می برد. کلر به عنوان یک عنصر یا به شکل هیپوکلریت یک عامل اکسید کننده بسیار قوی است و می تواند به طور موثر برای اکسیداسیون سیانید استفاده شود.

اکسیداسیون پرمنگنات پتاسیم

پرمنگنات پتاسیم به شکل کریستال یا دانه های بنفش تیره با درخشش فلزی است و در صورت تماس خشک با اسید سولفوریک یا پراکسید هیدروژن ممکن است منفجر شود. این اکسید کننده برای حذف برخی از مواد آلی استفاده می شود. عمدتاً برای حذف آلدئیدها، مرکاپتان ها، فنل ها و اسیدهای غیراشباع استفاده می شود. در بحث پسماندهای خطرناک، کاربرد اصلی آن مربوط به حذف ترکیبات فنلی است.

در طی واکنش، حلقه‌های آروماتیک شکسته می‌شوند و مولکول‌ها در موقعیت خطی تشکیل می‌شوند. ترکیبات آلیفاتیک بیشتر اکسید می شوند تا آب و دی اکسید کربن را تشکیل دهند. سرعت واکنش سریع است و pH محیط به شدت وابسته است. PH های بالای 9.5 مناسب هستند. استفاده از پرمنگنات به دلیل گرانی مواد لازم و سمی بودن آن برای آبزیان چندان مورد استفاده قرار نگرفته است.

یکی دیگر از معایب استفاده از پرمنگنات پتاسیم به عنوان یک اکسید کننده برای تشکیل دی اکسید منگنز است که فرار است و باید با تقطیر یا فیلتراسیون از سیستم حذف شود.

اکسیداسیون با پراکسید هیدروژن در سیستم های تصفیه فاضلاب صنعتی

پراکسید هیدروژن یک ترکیب اکسید کننده قوی است که به طور موثر و گسترده برای اکسیداسیون با پراکسید هیدروژن، ترکیباتی مانند فنل ها، سیانیدها، گوگرد و یون های فلزی استفاده می شود. خواص تجاری آن محلول در آب، بی رنگ و دارای درصد خالص 70-30 درصد می باشد. این ترکیب اکسید کننده قوی در هنگام تجزیه اکسیژن و گرمای زیادی تولید می کند. اندازه کوچک برخی از فلزات می تواند نقش ویژه ای به عنوان کاتالیزور در فرآیند اکسیداسیون با پراکسید هیدروژن داشته باشد.

این اکسید کننده یک ماده ایمن است و در تصفیه بسیاری از مواد آلی و معدنی استفاده شده است. علاوه بر این، پراکسید هیدروژن توانایی موثری در اکسید کردن حلقه های بنزن در دماها و ضخامت های مختلف دارد.

این فرآیند به pH بسیار حساس است و در حدود 3-4 سطح pH بهینه متغیر است. در دروازه کاتالیزور، مانند آهن، پراکسید هیدروژن رادیکال های هیدروکسیل ایجاد می کند که با مواد آلی ترکیب می شوند تا ساختار آن را تجزیه کنند. از مزایای اصلی آن می توان به هزینه کم، قدرت اکسید کنندگی بالا، سهولت جابجایی، حلالیت در آب و همچنین عدم وجود محصولات سمی و رنگدانه اشاره کرد.

اکسیداسیون ازن

ازن در اکثر محصولات آن مانند حذف رنگ، ضدعفونی، حذف بو و طعم، حذف منیزیم و عناصر آلی محرک موثر است و ازن محلولی غیر سمی با خاصیت اکسید کنندگی بالا است. در دماها و فشارهای معمولی، حلالیت در آب کم و ثابت است.

حلالیت وزنی ازن در آب 10 برابر بیشتر از حلالیت اکسیژن در آب است. ازن در تصفیه گازهای صنعتی برای تبدیل مواد آلی به یک ماده غیر سمی استفاده می شود. قدرت اکسید کننده ازن دو برابر پراکسید هیدروژن است. هدف از تصفیه فاضلاب شامل ترکیبات فنلی تبدیل این مواد به مواد آلی میانی است. اگرچه آنها سمی هستند، اما می توانند به طور کامل از بین بروند.

فرآیند اکسیداسیون پیشرفته (AOP) در پکیج های تصفیه فاضلاب صنعتی

پیشرفته ترین اکسیداسیون تولید و استفاده از رادیکال های آزاد هیدروکسیل 28 برای تشکیل اکسیژن قوی برای شکستن ذراتی است که به طور کامل در اکسیژن معمولی مانند اکسیژن، ازن و کلر محصور نشده اند. رادیکال های هیدروکسیل با یک فنجان محلول هیپوکسیک ایجاد می شوند و یک واکنش اکسیداسیون پیشرونده را شروع می کنند تا زمانی که ترکیب مورد نظر به طور کامل از بین برود.

فرآیندهای تصفیه اکسیداسیون پیشرفته روش‌های مؤثری را برای حذف آلاینده‌ها از آب‌های زیرزمینی، آب‌های زیرزمینی و فاضلاب‌های صنعتی، از جمله آلاینده‌های آلی فاسد شدنی نشان می‌دهند. به طور شگفت انگیزی، رادیکال های هیدروکسیل واکنش نشان می دهند و به اکثر مواد آلی حمله می کنند. سینتیک واکنش عمدتا بر اساس مقدار رادیکال هیدروکسیل و مقدار ناخالصی ها است و ثابت سرعت بین 108 تا 1011 لیتر بر مول در ثانیه است. از آنجایی که غلظت رادیکال 10-10 مول در لیتر است، سرعت واکنش شبه اولیه بین 1 و 4-10 تا 12-هیدروکسیل در ثانیه به دست می آید.

امروزه فناوری های مختلفی در فرآیند اکسیداسیون برای تولید رادیکال های هیدروکسیل پیشرفته شده است. این فرآیندها بر اساس فرآیندهای UV، پراکسید هیدروژن یا ازن در منابع و مقالات مختلف طبقه‌بندی می‌شوند.