فرآیند اکسیداسیون پیشرفته (AOPS) در تصفیه فاضلاب

فرآیند اکسیداسیون پیشرفته از روش های کاربردی در صنعت تصفیه آب و فاضلاب می باشد که با اساس کار آن بر پایه رادیکال های آزاد هیدروکسیل و سولفات است. در این روش با شیوه های مختلف از جمله ازن، اشعه ماوربنفش و H2O2 و ترکیبی از آنها تلاش میشود تا رادیکال های آزاد تولید شده و در روند حذف مواد آلاینده مختلف مورد استفاده قرار گیرد. در ادامه مطالب آموزش تصفیه فاضلاب گروه صنعتی هفت نگاهی به تعریف اکسیداسیون پیشرفته (Advanced oxidation processes) انداخته و انواع مختلف آن را بررسی و مزایا و معایب و کاربردها را معرفی می کنیم.

فرآیند اکسیداسیون پیشرفته چیست؟

رادیکال های آزاد هیدروکسیل و سولفات به دلیل برخورداری از الکترون های آزاد قدرت واکنش پذیری بالایی دارند. از این ویژگی آنها استفاده شده و در سال 1980 برای اولین بار روش و فرآیند اکسیداسیون پیشرفته AOPS معرفی و در صنایع مختلف از جمله تصفیه فاضلاب مورد استفاده قرار گرفت. با توجه به اینکه هدف در این فرآیندها فراهم کردن شرایط برای حذف مواد آلی می باشد، لذا می توان گفت در شرایطی از آن استفاده میشود که این مواد با فرآیندهای بیولوژیکی قابل حذف نباشند. به عنوان مثال در علف کش ها و حشره کش ها مواد آلی بسیار قوی وجود دارند که مضر بوده و با باکتری های هوازی و بی هوازی قادر به تجزیه آنها نمی باشند.
علیرغم کارایی بسیار بالای فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته، لازم است بدانید که این روش ها هزینه بر هستند. به همین دلیل تا حد امکان برای حذف مواد آلی از روش های بیولوژیکی استفاده میشود. برخی از مواد آلی تنها با AOPS و فرایندهای مشابه قابل حذف هستند از قبیل Dioxane, MTBE ,NDMA , Atrazine ,Diuron ,Diclofenac , Carbamazepine ,Ibuprofene, Hormones, Geosmin ,MiB

انواع فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته AOPS

اصلی ترین ویژگی فرآیندهای AOPS آزاد سازی رادیکال های آزاد هیدروکسیل و سولفات برای تجزیه مواد آلی قوی می باشد. به منظور آزادسازی این رادیکال ها روش های مختلفی وجود دارد که رایج ترین آنها عبارتند از:

اکسیداسیون پیشرفته با ازن O3

از جمله روش های کاربردی برای تولید رادیکال های آزاد هیدروکسیل OH در اکسیداسیون پیشرفته می توان به استفاده از ازن O3 اشاره نمود. ازن پس از ورود به آب یا فاضلاب و سایر سیال هایی که قصد تصفیه آنها را دارید، با ملکول های آب وارد واکنش میشود. رابطه واکنش هایی که ازن برای تولید OH یا رادیکال هیدروکسیل انجام می دهد به صورت زیر می باشد:
3O3+H2O→2OH⋅+4O23O3+H2O→2OH⋅+4O2
این روش آسان و ارزان است و تنها نقطه منفی در آن، تولید ترکیبات جانبی خطرناک می باشد. به همین دلیل از اکسیداسیون پیشرفته به روش ازن کمتر در تصفیه استفاده شده و بیشتر روش های ترکیبی کاربرد دارند.

اکسیداسیون با روش پروکسون

به منظور بهبود روش AOPS مبتنی بر ازن، می توان ترکیبی از H2O2 و O3 را برای تولید رادیکال های هیدروکسیل OH استفاده کرد. با انتخاب تناسب مناسبی از ازن و AOPS با توجه به نوع پساب ها و شرایط محیط و مقدار مواد آلی، شرایط ایده آل برای جداسازی OH فراهم می شود. رابطه برقراری واکنش میان H2O2 و O3 در این روش به صورت زیر می باشد:
H2O2→HO2−+H+H2O2→HO2−+H+
HO2−+O3→OH⋅+O2−+O2HO2−+O3→OH⋅+O2−+O2

اکسیداسیون پیشرفته با ازن و اشعه UV

با توجه به اینکه ازن به تنهایی تاثیر ایده آلی بر آزادسازی هیدروکسیل OH ندارد، به همین دلیل می توان از اشعه UV در کنار آن استفاده نمود. پس از ورود ازن به آب با هم وارد واکنش شده و H2O2 تولید میشود که رابطه آن به صورت زیر است:
O3+H2O+hv→H2O2+O2O3+H2O+hv→H2O2+O2

AOPS با فنتون

برای آزادسازی رادیکال های هیدروکسیل می توان از برخی فلزات از جمله fe نیز استفاده نمود. آهن در تماس با H2O2 قادر به تولید OH بوده و در روند حذف مواد آلی قوی موثر عمل می کند. عمل استفاده از آهن و H2O2 برای تولید OH اصطلاحا فنتون گفته میشود. واکنش های زیر هر دو روند تولید OH به کمک آهن و H2O2 را نشان می دهد:
Fe2++H2O2→Fe3++OH⋅+OH−Fe2++H2O2→Fe3++OH⋅+OH−
Fe3++H2O2→Fe2++HO⋅2+H+Fe3++H2O2→Fe2++HO⋅2+H+

اکسیداسیون پیشرفته با فتوفنتون

از دیگر روش های موثر در فرآیند اکسیداسیون پیشرفته می توان به فتوفنتون اشاره نمود. در این روش علاوه بر نمک آهن و H2O2 از اشعه ماورابنفش نیز استفاده میشود. به همین دلیل روند تولید OH بهبود یافته و راندمان تصفیه با آن افزایش پیدا می کند. با توجه به نوع مواد آلی و مقدار آنها و همچنین شرایط محیط می توان هر یک از سیستم های زیر را برای تولید هیدروکسیل استفاده نمود:
UV / H2O2 / Fe (II)-Oxalate
UV / H2O2 / Fe (II)
UV / H2O2 / Fe (III)

اکسیداسیون با روش الکتروفنتون

پیشرفته ترین روش در AOPS 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 فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته بر اساس نوع رادیکال

در دسته بندی دیگر می توان روش های AOPS را بر اساس نوع رادیکال هایی که آزاد می کنند گروه بندی کرد که عبارتند از:

اکسیداسیون پیشرفته مبتنی بر رادیکال هیدروکسیل

رادیکال هیدروکسیل OH 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 که عبارتند از:

• افزودن رادیکال
• ترکیب رادیکال
• انتقال الکترون
• تجزیه هیدروژن

اکسیداسیون پیشرفته مبتنی بر رادیکال سولفیت

رادیکال های سولفات از دیگر ترکیبات بسیار قوی در اکسیدکنندگی آب می باشند که در روند تصفیه مورد استفاده قرار میگیرند. این ترکیبات قدرت واکنش پذیری بالایی داشته و طول عمر آنها پایین است. دو رابطه زیر در تولید رادیکال سولفات مورد استفاده قرار میگیرند:
S2O2−8→Δ/UV 2SO⋅−4S2O82−→Δ/UV 2SO4⋅−
S2O2−8+Mn+→ SO⋅−4+SO2−4+Mn+1S2O82−+Mn+→ SO4⋅−+SO42−+Mn+1

تصفیه فاضلاب با فرآیند اکسیداسیون پیشرفته

بدون در نظر گرفتن جزئیاتی که در نحوه تولید و آزادسازی رادیکال های هیدروکسیل و سولفات وجود دارد، روند کلی تصفیه فاضلاب با AOPS 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 فرآیندهای بیولوژیکی حذف و از بین می روند.

مزایای فرآیندهای AOPS

• حذف مواد آلی قوی و خطرناک در بازه زمانی کوتاه
• سرعت بالا در راه اندازی شرایط برای تصفیه به کمک AOPS به دلیل عدم نیاز به تجهیزات پیشرفته
• عدم نیاز به حوضچه های گسترده برای پیاده سازی فرآیندهای تصفیه

معایب فرایندهای 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
• کاهش نرخ اکسیدکنندگی به دلیل استفاده از ترکیب چند روش مختلف با هم

کاربر فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته AOPS

به دلیل قدرت بسیار زیاد AOPS در حذف مواد آلی می توان از این فرآیندها 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 گروه صنعتی هفت

گروه صنعتی هفت در روند تولید انواع پکیج 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 می توانید با کارشناسان گروه صنعتی هفت تماس بگیرید.