روش اکسیداسیون پیشرفته AOP

روش اکسیداسیون پیشرفته AOP

روش اکسیداسیون پیشرفته AOP یک روش تصفیه شیمیایی است که برای حذف مواد آلی مشکل ساز و تخریب و تجزیه موادی که در اکسیداسیون و روش های بیولوژیکی متعارف به آسانی و به طور کامل تجزیه نمی شوند، بکار می رود. پساب های تصفیه شده که نیاز به تصفیه ثالثیه دارند اغلب حاوی غلظت های پایینی از انواع مواد شیمیایی طبیعی و مصنوعی هستند که جهت حفظ محیط زیست و همچنین سلامت عمومی باید حذف و یا به مواد ساده تر تجزیه شوند. عمده ترین مزیت روش AOP توانایی آن در تولید غلظت بالای رادیکال هیدروکسیل (.HO) است. این رادیکال بعنوان اکسیدکننده قوی قادر به اکسید کامل اکثر ترکیبات آلی به دی اکسید کربن، آب و اسیدهای معدنی است.
واکنش رادیکال هیدرواکسیل در روش AOP به غلظت ماده شیمایی و گونه هیدرواکسیل موجود وابسته است و به همین دلیل واکنش های آن از مرتبه دوم است. وجه تمایز روش اکسیداسیون پیشرفته AOP با سایر روش های تصفیه پیشرفته در تجزیه ترکیبات آلی موجود در فاضلاب بجای تغلیظ کردن یا انتقال آنها به فازهای متفاوت است. به دلیل عدم تولید جریان ثانویه در روش اکسیداسیون پیشرفته AOP، نیازی به هزینه مازاد دفع یا بازتولید مواد وجود ندارد. رادیکال هیدروکسیل فارغ از هرگونه محدودیت در نوع و گروه ترکیبات، قادر به اکسیدن کردن تمامی مواد کاهش یافته است. بعلاوه، واکنش های روش اکسیداسیون پیشرفته AOP در دما و فشار معمول رخ می دهند[۱].
مزایای روش AOP به دلیل سرعت بالای واکنش و اکسیداسیون غیرانتخابی است که اجازه تصفیه همزمان چندین آلاینده را می دهد. جدول ۱ قدرت اکسیداسیون انواع مختلف اکسیدکننده ها را نشان می دهد که قدرت اکسیدکنندگی بالای رادیکال هیدرواکسیل را ثابت می کند.

اکسید کننده قدرت اکسید کنندگی
کلر ۱
اسید هیپو کلروس ۱/۱
پرمنگنات ۱/۲۴
هیدروژن پراکسید ۱/۳۱
ازن ۱/۵۲
اکسیژن اتمی ۱/۷۸
رادیکال هیدروکسیل ۲/۰۵
تیتانیوم دی اکساید ۲/۳۵

 

 

انواع روش اکسیداسیون پیشرفته AOP در تصفیه فاضلاب

مطالعات صورت گرفته نشان دهنده کارایی بیشتر روش AOP نسبت به روش هایی است که تنها از یک عامل اکسیداسیون استفاده می کنند. تولید رادیکال هیدروکسیل در روش اکسیداسیون پیشرفته AOP به واسطه ترکیبی از عوامل اکسیدکننده (مانند O3 و H2O2)، تابش پرتو (مانند فرابنفش یا فراصوت) و کاتالیست ها (مانند +Fe2) صورت می گیرد. فناوری های متعددی برای تولید .HO در فاز مایع وجود دارد. جدول ۲ خلاصه ای از روشهای معمول فرایند اکسیداسیون پیشرفته AOP را ارائه می کند. در روش AOP رادیکال های هیدروکسیل معمولاً به چهار طریق مواد آلی را تجزیه می کنند: اضافه کردن رادیکال، ربایش هیدروژن، انتقال الکترون و ترکیب رادیکال. به دلیل هزینه بالای ازن ویا هیدروژن پراکسید مورد نیاز جهت تولید رادیکال های هیدروکسیل، روش اکسیداسیون پیشرفته AOP تنها در فاضلاب هایی با COD پایین بکار گرفته می شود[۱], [۲].

روش AOP مزایا معایب
هیدروژن پراکسید/ نور فرابنفش  نسبتاً پایدار بوده و می توان بطور موقت آن را در محل نگهداری کرد.  از خاصیت جذب UV ضعیفی برخوردار است و در صورت جذب انرژی نور UV توسط ماتریس آب بیشتر نور اعمال شده به راکتور هدر خواهد رفت.

نیازمند راکتور طراحی شده خاص برای لامپ UV است.

باقیمانده باید حذف شود.

احتمال ایجاد رسوب بر لامپ UV وجود دارد.

هیدروژن پراکسید/ ازن احتمال تصفیه فاضلابی با قابلیت انتقال نور UV بیشتر خواهد بود.

نیازی به راکتور طراحی شده خاص برای لامپ UV نیست.

مواد آلی فرار در تماس با ازن از فاضلاب خارج می شوند (ممکن است تصفیه VOCs نیاز باشد).

روش تولید می تواند پرهزینه و ناکارا باشد.

بخار ازن حاضر در فضای خارج از کنتاکتور ازن باید به نحوی حذف شود.

تعیین و حفظ دوز می تواند مشکل باشد.

pH پایین مانع از انجام واکنش خواهد شد.

ازن/ UV نیازی به حفظ دوز دقیق نیست.

اکسیدکننده باقیمانده بسرعت تجزیه می شود (نیمه عمر معمول  ۷ دقیقه است).

میزان جذب نور UV ازن بسیار بالاتر از دوز معادل پراکسید هیدروژن است (در ۲۵۴ نانومتر این مقدار در حدود ۲۰۰ برابر است).

مواد آلی فرار از فرآیند خارج خواهند شد (ممکن است تصفیه VOCs نیاز باشد).

باید ازن و نور UV جهت تولید H2O2 استفاده شود، که ترکیب اصلی تولید .HO است. اما استفاده از  ازت برای تولید H2O2  نسبت به اضافه کردن مستقیم H2O2  ناکارآمد است.

نیازمند راکتور طراحی شده خاص برای لامپ UV است.

بخار گاز ازن باید به نحوی  حذف شود.

احتمال ایجاد رسوب بر لامپ UV وجود دارد.

ازن/ UVH2O2 روش AOP تجاری که تمامی فناوری های موجود را بکار می گیرد.

H2O2انتقال جرم ازن را ارتقاء می­بخشد.

مواد آلی فرار از فرآیند خارج خواهند شد (ممکن است تصفیه VOCs نیاز باشد).

نیازمند راکتور طراحی شده خاص برای لامپ UV است.

بخار گاز ازن باید به نحوی حذف شود.

احتمال ایجاد رسوب بر لامپ UV وجود دارد.

واکنش های فنتون (Fe/ پراکسید هیدروژن، Fe/ ازن ویا فتوفنتون برخی از پساب ها می توانند حاوی مقدار مناسب Fe محرک واکنش فنتون باشند.

روش اکسیداسیون پیشرفته AOP تجاری استفاده از این فناوری در دسترس است.

 فرآیند نیازمند pH پایین است.
دی ­اکسید تیتانیوم/ UV با طیف نوری نزدیک به UV فعال می شود؛ در نتیجه دستیابی به انتقال نور بیشتر امکانپذیر خواهد بود. رسوب کاتالیزور محتمل است.

در صورت استفاده از دوغاب، TiO2 باید بازیابی شود.

ازن در pH بالا (۱۰<to 8) از اضافه کردن نور UV یا پراکسید هیدروژن بی نیاز است. بخار گاز ازن باید به نحوی  حذف شود.

تنظیم pH در اغلب فاضلاب ها عملی نیست.

هیچ گونه کاربردی عملی گزارش نشده است.

 

 

طراحی فرآیند AOP شامل انتخاب فرآیند تولید رادیکال هیدروکسیل، تخمین سینتیک واکنش با ترکیب هدف و طراحی راکتور است. حضور مواد آلی و معدنی واکنش دهنده با .HO 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.
حضور یون برم در آب یا فاضلاب باعث تولید برمات ها در جریان روش اکسیداسیون پیشرفته AOP می شود. ربایش هیدروژن و اضافه کردن رادیکال هر دو به تولید رادیکال های آلی فعال می انجامد. محصولات تولیدی در زنجیره روش AOP مانند کربوکسیلیک اسیدها و استیک اسیدهای هالوژنه می توانند مانعی بر تجزیه مواد و آلاینده های هدف باشند. یون های کربنات و بی کربنات با مصرف رادیکال .HO باعث کاهش قابل ملاحظه نرخ تجزیه ترکیبات آلی و در نتیجه کاهش راندمان روش اکسیداسیون پیشرفته AOP می شوند. pH با تعیین گونه های یونی موجود در آب و فاضلاب و همچنین بار الکتریکی ترکیبات آلی می تواند بر میزان فعالیت و جذب نور ترکیبات مختلف تاثیرگذار باشد.
یون های فلزی با حالت اکسایش کاهش یافته مانند (Fe(II و (Mn(II می توانند مقدار قابل توجهی از اکسیدکننده های شیمیایی را مصرف کنند. در نتیجه COD مربوط به حالت کاهش یافته فلزات نیز باید در دوز مورد نیاز اکسیدکننده روش اکسیداسیون پیشرفته AOP در نظر گرفته شود. به دلیل تفاوت ها و متغیر بودن خواص شیمیایی آب و فاضلاب، مطالعات پایلوت در کاربرد فرآیند AOP توصیه می شود[۱].

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *