تصفیه فاضلاب به روش اکسیداسیون شیمیایی

اکسیداسیون شیمیایی در تصفیه فاضلاب صنعتی 

اکسیداسیون شیمیایی به واکنش هایی می گویند که در طی آنها یک یا چند الکترون از ماده شیمیایی مورد نظر به ماده دیگر که اکسید کننده نامیده می شود منتقل می شوند. به عبارتی دیگر زمانی  که الکترونها از یک یون، اتم یا مولکول حذف شوند، ماده اکسید شده و هنگامی که الکترونها به یک یون، اتم یا مولکول افزوده شوند ماده احیا می گردد. واکنش های اکسیداسیون و احیا نقش بسزایی  در مهندسی محیط زیست دارند. جدول  زیر قدرت اکسیدکنندگی بعضی از عوامل اکسید کننده، که اکثرا مورد استفاده قرار می گیرند را نشان می دهد.

جدول زیر قدرت اکسیدکنندگی بعضی از عوامل اکسید کننده را نشان می دهد

وقتی که اکسیداسیون شیمیایی صورت میپذیرد، اکسیداسیون کامل ترکیب مورد نظر یا گروهی از ترکیبات ممکن است مهم و ضروری نباشد. در بیشتر موارد، اکسیداسیون جزیی برای ترکیبات ساده تر و قابل تجزیه تر برای تصفیه بیولوژیکی بعدی یا کاهش سمیت آن کافی می باشد. فرایندهای اکسیداسیون شیمیایی به دو گروه تقسیم می شوند:

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

اکسیداسیون شیمیایی کلاسیک در تصفیه فاضلاب صنعتی 

معمولا تصفیه های شیمیایی کلاسیک شامل افزودن عامل اکسیدکننده به آب حاوی آلودگی برای اکسید کردن آن می باشد. اکسیداسیون شیمیایی به طور  وسیع در تصفیه مواد آلی خطرناک مورد استفاده قرار گرفته است. امروزه با استفاده از تکنولوژی می توان با پایش پارامترهای فرآیند به طور موثر و بی خطر فرآیند اکسیداسیون را در مقیاس پروژه های بزرگ به کار گرفت. این امر  عمدتا به دلیل سهولت دسترسی و مسائل اقتصادی است. لذا بطور مختصر به شرح عملکرد عوامل اکسیدکننده مورد استفاده در تصفیه آب و فاضلاب اشاره می شود.

اکسیداسیون با کلر

از کلر می توان به عنوان یک اکسیدکننده شیمیایی خوب نام برد و باعث نابودی میکروارگانیسم ها می شود. کلر به صورت عنصر و یا به صورت هیپوکلریت عامل اکسیدکننده بسیار قوی می باشد و می توان آن را به طور کارآمد در اکسیداسیون سیانید استفاده کرد.

اکسیداسیون با پرمنگنات پتاسیم

پرمنگنات پتاسیم به صورت کریستال ها و یا گرانول های بنفش تیره با جلای فلزی می باشد و در صورتی که بصورت خشک در تماس با اسید سولفوریک غلیظ یا پراکسید هیدروژن قرار گیرد، باعث  انفجار می شود. از این اکسید کننده جهت حذف برخی از ترکیبات آلی استفاده می شود. عمدتا در حذف آلدئید ها، مرکاپتان ها، فنل و اسیدهای غیر اشباع به کار برده می شود. در بحث مواد زائد خطرناک عمده ترین کاربری  آن مربوط به حذف ترکیبات فنلی است.

در طی واکنش، حلقه آروماتیک شکسته می شود و مولکول با وضیعت خطی ایجاد شود. ترکیبات آلیفاتیک بیشتر اکسید شده و آب و دی اکسید کربن بوجود می آید. سرعت  واکنش سریع بوده و بستگی زیادی به pH محیط دارند. pH های بالاتر از 5/9 مناسب هستند. استفاده از  پرمنگنات به دلیل هزینه زیاد مواد مورد نیاز و سمیت آن برای آبزیان در مقیاس بزرگ گسترش پیدا نکرده است.

یک عیب دیگر استفاده از  پرمنگنات پتاسیم به عنوان اکسید کننده تشکیل دی اکسید منگنز می باشدکه رسوب نموده و بایستی با زلال سازی یا فیلتراسیون از سیستم خارج گردد.

اکسیداسیون با پراکسید هیدروژن در سیستم تصفیه فاضلاب صنعتی

پراکسید هیدروژن یک آمیختگی اکسید کننده بسیار نیرومند است است که به صورت تاثیر گذار و در اندازه بزرگ به منظور اکسیداسیون با پراکسید هیدروژن، ترکیباتی مانند فنل ها، سیانیدها، ترکیبات گوگردی و یونهای فلزی مورد بهره برداری قرار می گیرد. ترکیب تجاری آن در آب محلول، بی رنگ و با درصد نابی 70-30 درصد است. این ترکیب اکسیدکننده قوی در طول تجزیه، اکسیژن و گرمای زیادی به وجود می آورد. اندازه ناچیزی از بعضی فلزات می تواند نقش ویژه ای به عنوان اسانگر  در پروسه های اکسیداسیون با پراکسید هیدروژن بازی کنند.

این اکسید کننده یک ماده به نسبه بی خطر بوده و در تصفیه مقادیر زیادی از مواد آلی و معدنی استفاده شده است. به اضافه بالا رفتن پراکسید هیدروژن توانایی این را دارد که به شکل موثر حلقه بنزنی را در طیف وسیعی از درجه حرارت و ستبری اکسید کند.

این پروسه به ph خیلی حساس بوده و دامنه pH بهینه در حدود 4-3 در حال تغییر است. پراکسید هیدروژن در درگاه یک کاتالیست مانند آهن، باعث به وجود امدن رادیکال هیدروکسیل شده که با مواد آلی ادغام شده و شکل آن ها را در هم می شکند. مزیت مهم آن  کم بها بودن بودن، قدرت اکسیدکنندگی زیاد، آسانی در جابجایی، حلالیت در آب و همچنین نبود تولید محصولات جانبی سمی و رنگی است.

اکسیداسیون با ازن

ازن در بیشتر بهره وری هایش مثل حذف رنگ، ضدعفونی کردن، حذف بو و طعم، حذف منیزیم و ترکیبات آلی مسمر ثمر می باشد و ازن یک محلول ناپایدار، دارای خاصیت اکسیدکنندگی بسیار زیاد. درمواقع دما و فشار استاندارد، دارای حلالیت کم در آب بوده و بی دوام است.

مقدار حلالیت ازن در آب بر طبق وزنی تقریبا 10 برابر زیادتر از حلالیت اکسیژن در آب است. ازن در تصفیه پساب های صنعتی به جهت  اکسیدکردن ترکیبات آلی به مواد با سمیت کمتر، مورد بهره برداری قرار می گیرد. توان ازن درعمل اکسید کردن دو برابر قدرت پراکسید هیدروژن است. مقصود در تصفیه پساب های شامل ترکیبات فنلی، اکسیدکردن این ترکیبات به مواد آلی میانجی می باشد. هرچند سمی هستند ولی کاملا از لحاظ زیستی توان جداسازی دارند باشند.

پروسه اکسیداسیون پیشرفته (AOP) در پکیج تصفیه فاضلاب صنعتی

عمدتا  اکسیداسیون پیشرفته حاویه تولید و کاربرد رادیکال آزاد هیدروکسیل ۲۸ به نشان یک اکسید کننده قوی به جهت ویران کردن ترکیباتی است که با اکسید کننده های رایج مانند اکسیژن، ازن و کلر تماما اکسید نمی شوند. رادیکال هیدروکسیل با ترکیبات محلول ریاکشن بروز می دهد و باعث آغاز واکنشهای اکسیداسیون پیشرفته می شود تا زمانی که ترکیب مورد نظر به تماما از بین رود.

پروسه تصفیه به وسیله اکسیداسیون پیشرفته به نشان روش های معقول برای از بین بردن آلودگی های منابع آب زیرزمینی، سطحی و فاضلابهای صنعتی شامل الودگی های های آلی غیر قابل جداسازی زیستی به احتساب می آیند. رادیکال های هیدروکسیل به شکل شگفت انگیزی قابلیت پذیرش واکنش را دارند که به بیشتر ترکیبات آلی یورش می برند. قالبا  سینتیک واکنش با در نظر گرفتن غلظت رادیکال های هیدروکسیل و غلظت آلودگی از درجه اول پیروی می کند و ثابت های سرعت عمدتا در دایره ۱۰۸ تا ۱۰۱۱ لیتر بر مول بر ثانیه هستند. آن سان که غلظت رادیکال ۱۰- ۱۰ مول بر لیتر باشد، ثابت سرعت واکنش شبه درجه اول بین یک تا ۴ – ۱۰ تا ۱۲ – هیدروکسیل بر ثانیه اخذ می شود.

در حال حاضر، تکنولوژی های گوناگونی در فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته برای تولید رادیکال هیدروکسیل موجود است. این پروسه ها را بر پایه فرآیندهایی بر اساس پرتو فرابنفش، فرآیندهای بر اساس پراکسیدهیدروژن و یا  فرآیندهایی بر اساس ازن در منابع و متون گوناگون طبقه بندی می شود.