فرایند اکسیداسیون پیشرفته (AOPS) و کاربرد آن در تصفیه فاضلاب

مقدمه

استفاده از فرایندهای  اکسیداسیون پیشرفته از روش های کاربردی در صنعت تصفیه آب و فاضلاب است که ‍‍پایه و اساس این فرایند  رادیکال های آزاد هیدروکسیل و سولفات است. این فرایند شامل روش های مختلف از جمله ازن، اشعه ماورا بنفش و H₂O₂  و ترکیبی از آنها است که در مجموع منجر به تولید رادیکال های آزاد می‌شود تا در فرایند حذف مواد آلاینده مختلف مورداستفاده قرار گیرد. در ادامه مطالب مقالات تصفیه فاضلاب شرکت مهندسی کاشفان نیلفام فرایند اکسیداسیون پیشرفته (Advanced oxidation processes)  در پکیج های تصفیه فاضلاب و انواع مختلف آن را بررسی و مزایا و معایب و کاربردها توضیح داده می‌شود.

فرآیند اکسیداسیون پیشرفته AOPS چیست؟

فرآیند اکسیداسیون پیشرفته AOPS،به طور کلی به مجموعه ای از روش های تصفیه شیمیایی اشاره دارد که برای پالایش مواد آلی (و گاهی غیر آلی) در آب و فاضلاب صنعتی توسط اکسیداسیون از طریق واکنش با رادیکال های هیدروکسیل (OH) طراحی شده اند. با این حال، در کاربردهای صنعتی تصفیه فاضلاب، این اصطلاح معمولاً به طور خاص به زیرمجموعه‌ای از این فرایندهای شیمیایی اشاره دارد که از ازن (O₃)، پراکسید هیدروژن (H₂O₂) و نور UV استفاده می‌کنند. یکی از این فرایندها اکسیداسیون شیمیایی درجا نام دارد.

AOPها بر تولید درجا رادیکال های هیدروکسیل بسیار واکنش پذیر (OH) تکیه دارند. این گونه‌های واکنش‌پذیر قوی ‌ترین اکسیدان ‌هایی هستند که می‌ توانند در آب اعمال شوند و می‌ توانند عملا هر ترکیب موجود در ماتریکس آب را اکسید کنند، در نتیجه آلاینده ها به سرعت و به طور موثر تکه تکه شده و به مولکول های معدنی کوچک تبدیل می شوند. رادیکال های هیدروکسیل با کمک یک یا چند اکسیدان اولیه (مانند ازن، پراکسید هیدروژن، اکسیژن) یا منابع انرژی (مانند اشعه ماوراء بنفش ) یا کاتالیزورها (مانند دی اکسید تیتانیوم) تولید می شوند. دوز ، توالی و ترکیبات دقیق و از پیش برنامه ریزی شده این معرف ها به منظور به دست آوردن حداکثر بازده OH اعمال می شوند. به طور کلی، زمانی که AOP ها در شرایط تنظیم شده به درستی اعمال شوند، می توانند غلظت آلاینده ها را از چند صد ppm به کمتر از پنج ppb کاهش دهند و بنابراین COD و TOC را به طور قابل توجهی کاهش دهند.

روش اکسیداسیون پیشرفته به ویژه برای تمیز کردن مواد بیولوژیکی سمی یا غیر قابل تجزیه مانند مواد معطر، آفت کش ها، ترکیبات نفتی و ترکیبات آلی فرار (VOC) در فاضلاب مفید است. مواد آلاینده تا حد زیادی به ترکیبات معدنی پایدار مانند آب، دی اکسید کربن و نمک ها تبدیل می شوند، یعنی دچار کانی سازی می شوند. هدف از استفاده از روش‌های AOP در ساخت پکیج های تصفیه فاضلاب صنعتی کاهش آلاینده‌ های شیمیایی و سمیت به حدی است که فاضلاب تمیز شده و قادر باشیم آن را مجدداً به جریان‌های دریافت ورودی اضافه کنیم.

برای دریافت اطلاعات بیشتر درباره فرایند اکسیداسیون پیشرفته میتوانید این ویدیو را مشاهده کنید.

 انواع فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته AOPS

همانطور که گفته شد در این روش ها از مواد و ترکیبات شیمیایی و روش های فیزیکی  برای تولید رادیکال های هیدروکسیل استفاده می شود. روش های مورداستفاده در فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته شامل گزینه های زیر است.

اکسیداسیون پیشرفته با ازن O₃

از روش های رایج و کاربردی که فرایند آسان تری نسبت به دیگر روش ها دارد می توان به ازن زنی اشاره نمود. روش قادر است انواع حشره کش و آفت کش ها و همچنین هیدروکربن های کلرینه شده را با قدرت اکسید کنندگی قوی از بین ببرد . علیرغم مزایای متعدد آن، این روش به دلیل تولید مواد سمی جانبی کاربرد زیادی ندارد  و در سال های اخیر روش های ترکیبی علاقمندان بیشتری پیدا کرده اند.

برای مطالعه بیشتر در رابطه با استفاده از ازن در پکیج های تصفیه فاضلاب  مقاله ی تولید ازن به روش میکروپلاسما در تصفیه فاضلاب را مطالعه نمایید.

اکسیداسیون پیشرفته با روش پروکسون

در این روش هیدروژن پروکساید ( H₂O₂ ) پس از از دست دادن پروتن ازن رادیکال های هیدروکسیل تولید میکند. نکته بسیار اساسی این فرایند، انتخاب نسبت مناسب برای ازن به هیدروژن پروکساید است که با توجه شرایط محیط و همچنین مواد تسریع کننده واکنش بستگی دارد. از مهم ترین مزایای آن می توان به قدرت بسیار بالا در حذف مواد آلی اشاره نمود. در شرایطی که مواد آلی موجود در پساب های صنعتی قادر به حذف و تجزیه توسط ازن نباشند، می توان از روش ترکیبی پروکسون استفاده نمود.

اکسیداسیون پیشرفته با ازن و اشعه UV

از دیگر روش های مورداستفاده در فرایند اکسیداسیون پیشرفته می توان به کاربرد اشعه UV و هیدروژن پروکساید اشاره کرد. فوتون های موجود در اشعه ماورابنفش جذب هیدروژن پروکساید شده و به همین دلیل دو رادیکال هیدروکسیل از هیدروژن پروکساید تولید می‌شود. این رادیکال ها میتوانند مواد آلی موجود در علفکش ها که به شدت در برابر روش های بیولوژیکی مقاوم هستند را از بین ببرند.

اکسیداسیون پیشرفته با فنتون

برای آزادسازی رادیکال های هیدروکسیل می توان از برخی فلزات از جمله آهن  نیز استفاده نمود. آهن در تماس با هیدروژن پروکساید قادر به تولید هیدروکسیل  است که در روند حذف مواد آلی قوی موثر عمل می کند. عمل استفاده از آهن و هیدروژن پروکساید برای تولید هیدروکسیل  اصطلاحا فنتون گفته می‌شود.

اکسیداسیون پیشرفته با فتوفنتون

فرایند فوتوفنتون اصلاح روش فنتون با نور UV می‌باشد. مطالعات اخیر نشان می‌دهد که روش فوتوفنتون روش مؤثری در حذف ترکیبات آلی می‌باشد. این فرایند شامل استفاده از هیدروژن پروکساید و نمک آهن به همراه تابش فرابنفش است.

اکسیداسیون پیشرفته با روش الکتروفنتون

پیشرفته ترین روش در اکسیداسیون پیشرفته استفاده از الکتریسیته و فنتون در کنار هم می باشد. در این روش که مواد و ترکیبات جانبی خطرناک تولید نمیشود، هیدروکسیل بیشتری تولید شده و به همین دلیل روند تصفیه با سرعت بالاتری انجام می‌شود.

انواع فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته بر اساس نوع رادیکال

یکی دیگر از روش های دسته بندی روش های اکسیداسیون پیشرفته بر مبنای نوع رادیکال هایی است که آزاد میکنند

اکسیداسیون پیشرفته مبتنی بر رادیکال هیدروکسیل

رادیکال هیدروکسیل از قوی ترین مواد اکسید کننده بوده و با سرعت بسیار زیاد و ثابت وارد واکنش می‌شود. وجود هیدروکسیل در آب و فاضلاب باعث می‌شود به چند طریق مواد آلی از بین بروند از جمله این روش ها میتوان  افزودن رادیکال، ترکیب رادیکال، انتقال الکترون، تجزیه هیدروژن را میتوان نام برد.

اکسیداسیون پیشرفته مبتنی بر رادیکال سولفیت

رادیکال های سولفات از دیگر ترکیبات بسیار قوی در اکسیدکنندگی آب می باشند که در روند تصفیه مورداستفاده قرار میگیرند. این ترکیبات قدرت واکنش پذیری بالایی داشته و طول عمر آنها پایین است.

تصفیه فاضلاب با فرآیند اکسیداسیون پیشرفته AOPS

بدون در نظر گرفتن جزئیاتی که در نحوه تولید و آزادسازی رادیکال های هیدروکسیل و سولفات وجود دارد، روند کلی تصفیه فاضلاب با اکسیداسیون پیشرفته به صورت زیر می باشد:

• رادیکال های هیدروکسیل و سولفات به مواد آلی موجود در پساب ها حمله و آنها را تجزیه می کنند.
• در روند تجزیه مواد آلی ممکن است ترکیبات جانبی تولید شوند. این ترکیبات با سایر روش ها از جمله فرایندهای بیولوژیکی حذف و از بین می روند

مزایای فرآیند اکسیداسیون پیشرفته AOPS

• حذف مواد آلی قوی و خطرناک در بازه زمانی کوتاه
• قدرت بسیار بالا در حذف مواد آلی قوی که به شیوه های معمول قابل تجزیه نمی باشند.
• سرعت بالا در راه اندازی شرایط برای تصفیه به کمک اکسیداسیون پیشرفته به دلیل عدم نیاز به تجهیزات پیشرفته
• عدم نیاز به حوضچه های گسترده برای پیاده سازی فرایندهای تصفیه و قابل پیاده سازی در محیط های کوچک با دبی پساب پایین
• توانایی بالا در حذف مواد آلاینده و انجام گندزدایی

معایب فرآیند اکسیداسیون پیشرفته AOPS

• نیاز به استفاده از مواد شیمیایی مختلف در روند آزادسازی هیدروکسیل و سولفات و هزینه بر بودن از نظر اقتصادی
• امکان تولید ترکیبات خطرناک در برخی از شرایط
• راه اندازی این روش ها نیاز به هزینه زیاد به منظور خریداری مواد شیمیایی تصفیه آب و فاضلاب دارند
• راه اندازی این روش در محیط هایی از قبیل صنایع کارخانجات رنگرزی و نساجی علیرغم کارایی و راندمان بالا، نیاز به صرف هزینه های زیادی دارد.
• استفاده از چند روش مختلف برای اکسیداسیون در نهایت منجر به کاهش نرخ اکسیدکنندگی مواد آلی خواهد شد.

کاربرد فرآیند اکسیداسیون پیشرفته AOPS

به دلیل قدرت بسیار زیاد اکسیداسیون پیشرفته در حذف مواد آلی می توان از این فرایندها در بخش های مختلفی از صنعت استفاده نمود. اصلی ترین موارد کاربرد اکسیداسیون پیشرفته عبارتند از:

• اکسیداسیون مواد شیمیایی صنعتی
• بهبود رنگ و بو و طعم با حذف مواد آلی در صنایع مختلف
• حذف ترکیبات سمی آفت کشی ها
• از بین بردن پاتوژن ها در پساب های بیمارستانی و صنعتی
• تجزیه مواد آلی موجود در پساب های داروسازی

پیاده سازی فرآیند اکسیداسیون پیشرفته AOPS گروه مهندسی کاشفان نیلفام

گروه مهندسی کاشفان نیلفام در روند تولید انواع پکیج سیستم تصفیه فاضلاب روش های مختلفی را در آنها پیاده سازی می کند. کارشناسان و مهندسین این مجموعه با بررسی شرایط محیط، نوع مواد آلاینده و سایر فاکتورها طراحی را انجام داده و در صورت نیاز از فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته نیز استفاده می‌شود. جهت کسب اطلاعات بیشتر و خرید پکیج های تصفیه فاضلاب می توانید با کارشناسان گروه مهندسی کاشفان نیلفام تماس حاصل فرمایید.