تطبيق الأوزون في معالجة مياه الصرف الصحي

في موجة تصاعد قضية حماية البيئة اليوم ، معالجة مياه الصرف الصحي ، كجزء أساسي لحماية البيئة البيئية ، تستكشف باستمرار تقنيات مبتكرة. يلعب الأوزون ، بخصائصه الفريدة ، دورا هاما في مجال معالجة مياه الصرف الصحي.

يتميز الأوزون (O₃) بمظهر أزرق فاتح ورائحة خاصة وهيكل جزيئي فريد. قوته المؤكسدة تتجاوز بكثير الأكسجين العادي. صناعيًا ، غالبًا ما يتم إنتاج الأوزون بواسطة طريقة تفريغ الحاجز العازل الكهربائي ، والتي تستخدم تيار متناوب عالي الجهد لتحفيز إعادة تركيب جزيئات الأكسجين ، وبالتالي توليد الأوزون.

فعالية الأوزون في معالجة مياه الصرف الصحي رائعة. أولاً ، من حيث التعقيم والتطهير ، هناك عدد كبير من الكائنات الدقيقة المسببة للأمراض مثل البكتيريا والفيروسات الكامنة في المجاري ، مما يهدد باستمرار بيئة المياه وصحة الإنسان. مع قابلية اختراق قوية ، يمكن للأوزون اختراق جدران خلايا الكائنات الحية الدقيقة ، واستهداف الجزيئات الحيوية الرئيسية مباشرة مثل الإنزيمات والأحماض النووية داخل الخلايا ، وتدمير هياكلها ووظائفها ، وجعل الكائنات الحية الدقيقة على الفور غير نشطة ، وتحقيق التعقيم الفعال. مقارنة مع تطهير الكلور التقليدي ، لا ينتج الأوزون مركبات عضوية مكلورة ضارة ، مما يضمن سلامة جودة المياه.

من حيث إزالة اللون ، غالبًا ما تكون مياه الصرف الصناعي من الطباعة والصباغة وصناعة الورق وما إلى ذلك ملونة بعمق وتحتوي على عدد كبير من المواد العضوية الملونة بالكاد القابلة للتحلل. يستخدم الأوزون خاصية الأكسدة القوية "لمهاجمة" المجموعات الملونة ، وتحلل بشكل مؤكسد الهياكل اللونية المعقدة وتحويلها إلى جزيئات صغيرة عديمة اللون أو فاتحة اللون ، وتحسين جودة مظهر مياه الصرف الصحي بشكل فعال ، وتأثير إزالة اللون رائع للغاية.

وظيفة إزالة الروائح الكريهة المعلقة على قدم المساواة. تنبع الرائحة الغريبة في محطات الصرف الصحي بشكل رئيسي من المركبات التي تحتوي على الكبريت والمركبات التي تحتوي على النيتروجين والمواد العضوية المتطايرة. عندما يصادفها الأوزون ، فإنه يخضع بسرعة لتفاعل الأكسدة ، ويحول هذه المواد الضارة إلى مواد عديمة الرائحة أو ذات عتبة رائحة منخفضة ، وينقي الهواء من المصدر ويحسن البيئة المحيطة.

بالإضافة إلى ذلك ، بالنسبة للملوثات العضوية في مياه الصرف الصحي ، يعمل الأوزون أولاً على أكسدة بعض المواد العضوية مباشرة ، وتحللها إلى ثاني أكسيد الكربون والماء والأحماض العضوية الجزيئية الصغيرة. في الوقت نفسه ، يبدأ تفاعل الجذور الحرة لتوليد جذور الهيدروكسيل ، والتمعدن العميق للمواد العضوية بالكاد القابلة للتحلل وتحسين قابلية التحلل الحيوي لمياه الصرف الصحي ، ووضع أساس جيد لعمليات المعالجة البيولوجية اللاحقة.

ومع ذلك ، بعد أن يُنهي الأوزون مهمته في تنقية مياه الصرف الصحي ، إذا لم تتم معالجة الأوزون المتبقي بشكل صحيح ، فسيجلب الكثير من العيوب. فمن جهة ، يسبب الأوزون المتبقي في المسطحات المائية إجهاد تأكسدي للكائنات المائية ويضر بالنظام البيئي المائي. من ناحية أخرى ، عندما يهرب في الهواء ، فإنه يهيج الأغشية المخاطية في الجهاز التنفسي البشري والأنسجة الأخرى ، مما يعرض الصحة للخطر.

هناك طرق مختلفة لعلاج الأوزون المتبقي. التحلل الطبيعي بطيء نسبيًا ويتأثر بشكل كبير بالعوامل البيئية ، مما يجعله غير مناسب لمحطات معالجة مياه الصرف الصحي على نطاق واسع. على الرغم من أن طريقة التخفيض الكيميائي تتفاعل بسرعة ، إلا أنها تتطلب جرعات مستمرة من المواد الكيميائية ، مما يؤدي إلى ارتفاع التكاليف وإدخال تلوث ملح جديد بسهولة. طريقة التحلل الحراري تستهلك كمية كبيرة من الطاقة ، وتكاليف الاستثمار والتشغيل في المعدات باهظة.

وبالمقارنة ، فإن التحلل الحفاز للأوزون المتبقي له مزايا واضحة. هناك عدة أنواع شائعة من المحفزات: محفزات أكسيد المعادن مثل ثاني أكسيد المنغنيز وأكسيد النحاس لها مواقع نشطة سطحية وفيرة يمكنها امتصاص جزيئات الأوزون. من خلال نقل الإلكترون ، تضعف الرابطة O - O داخل جزيء الأوزون ، مما يؤدي إلى تحللها إلى أكسجين ، والنشاط الحفاز للأكاسيد المعدنية ذات البنية النانوية أفضل. محفزات المعادن الثمينة مثل البلاديوم والبلاتين لها كفاءة تحفيزية عالية للغاية ويمكنها امتصاص وتنشيط الأوزون بسهولة ، ولكن تكلفتها مرتفعة للغاية ، مما يحد من تطبيقها. محفزات الكربون المنشط لديها مجموعة واسعة من المصادر وبأسعار معقولة ، وتمتلك وظائف الامتصاص المادي والتحفيز الكيميائي على حد سواء ، ويمكن تحسين أدائها بعد أكثرالتكفير.

مع أخذ محفزات أكسيد المعادن كمثال ، أثناء العملية التحفيزية ، يتم التقاط جزيئات الأوزون بواسطة المواقع النشطة على سطح المحفز ، لتشكيل حالة امتزازية. بعد ذلك ، يحدث نقل الإلكترون بين الأيونات المعدنية وجزيئات الأوزون ، مما يتسبب في كسر رابطة O - O ، وتوليد أنواع أكسجين نشطة ، وأخيراً الاندماج في الأكسجين.

في التطبيقات العملية ، غالبًا ما تستخدم المفاعلات ذات الطبقة الثابتة أو المفاعلات ذات الطبقة المميعة. مفاعل السرير الثابت له هيكل بسيط وهو مناسب للعمل. لا يضيع المحفز بسهولة ، ولكنه عرضة للانسداد ويتطلب الغسل العكسي بانتظام. يحتوي المفاعل المميعة على كفاءة نقل الكتلة والحرارة العالية ، كما أن تجديد المحفز مناسب. ومع ذلك ، فإنه يتطلب ختم معدات عالية ، ويبلى المحفز بسرعة. أثناء التشغيل ، يجب مراقبة المعلمات مثل تركيز الأوزون ومعدل تدفق المياه ودرجة الحرارة في الوقت الفعلي ، ويجب ضبط ظروف المفاعل بمرونة وفقًا لجودة المياه المتدفقة وجرعة الأوزون لضمان أن الأوزون المتبقي يفي بمعايير التفريغ.

بالنظر إلى المستقبل ، مع تقدم علم المواد ، سيستمر تحسين الأوزون وتقنيات المعالجة ذات الصلة بالتأكيد ، مما يضخ زخمًا أقوى في معالجة مياه الصرف الصحي ويساعد البيئة البيئية على الوصول إلى آفاق جديدة.