اکسیداسیون فاضلاب چیست (8 مرحله)

مقدمه

اکسیداسیون فاضلاب یک فرایند مورد استفاده در تصفیه فاضلاب است که با استفاده از واکنش‌های اکسیداسیون شیمیایی، مواد آلی و آلاینده‌های دیگر را از فاضلاب حذف می‌کند. اکسیداسیون بخش مهمی از تصفیه مرحله سوم جهت پالایش کیفیت پساب قبل از تخلیه یا استفاده مجدد است. در فرایند اکسیداسیون، مولکول‌های آلی پیچیده با استفاده از عوامل اکسیدکننده به مولکول‌های ساده‌تر و کم‌خطرتر تجزیه می‌شوند.

اکسیداسیون فاضلاب چیست

اکسیداسیون فاضلاب فرایند اکسید کردن مواد آلی و معدنی موجود در فاضلاب با استفاده از عوامل اکسیدکننده شیمیایی است. این روش به عنوان یک روش تصفیه مرحله سوم تصفیه برای حذف آلاینده‌های مقاوم، رنگ، بو و افزایش زیست‌تخریب‌پذیری فاضلاب به کار می‌رود. اکسیداسیون آلاینده‌ها را به محصولات بی‌اثر مانند دی‌اکسیدکربن و آب، از طریق واکنش‌های اکسایش-کاهش تبدیل می‌کند.

مراحل اکسیداسیون فاضلاب

مراحل اکسیداسیون فاضلاب به شرح زیر است:

1. آماده‌سازی فاضلاب: در این مرحله فاضلاب پس از عبور از مراحل پیش‌تصفیه، برای اکسیداسیون آماده می‌شود. مواد جامد معلق و چربی‌ها حذف می‌گردد.
2. افزودن مواد اکسیدکننده: در این مرحله مواد اکسیدکننده مانند ازن، پراکسید هیدروژن، کلر و … به فاضلاب اضافه می‌شوند.
3. واکنش اکسیداسیون: در این مرحله واکنش‌های اکسیداسیون بین مواد اکسیدکننده و ترکیبات آلی فاضلاب رخ می‌دهد.
4. مخلوط و همزدن: برای تماس بهتر مواد اکسیدکننده و فاضلاب، از همزن‌ها و نهرهای اکسیداسیون استفاده می‌شود.
5. مرحله تماس: در این مرحله فاضلاب برای مدت زمان مشخصی در معرض عامل اکسیدکننده قرار می‌گیرد تا واکنش‌های اکسیداسیون کامل شود.
6. خنثی‌سازی: پس از اکسیداسیون، مواد اکسیدکننده اضافی باقی‌مانده باید خنثی شوند.
7. ته‌نشینی و تصفیه: مواد جامد ایجاد شده در فرایند اکسیداسیون، ته‌نشین می‌شوند.
8. انتقال فاضلاب اکسید شده: در نهایت فاضلاب اکسید شده برای مراحل بعدی تصفیه منتقل می‌گردد.

در مجموع، فرایند اکسیداسیون فاضلاب شامل مراحل آماده‌سازی، افزودن و عمل اکسیدکننده، خنثی‌سازی و تصفیه نهایی است تا فاضلاب برای مراحل بعد آماده شود.

مراحل اکسیداسیون فاضلاب

اکسیداسیون شیمیایی فاضلاب

اکسیداسیون شیمیایی یک فرایند شیمیایی از اکسیداسیون فاضلاب است که در آن مواد با اکسیژن یا ترکیب‌هایی که اکسیژن را آزاد می‌کنند، واکنش می‌دهند. این فرایند اکسیداسیون فاضلاب معمولاً باعث تخریب مواد آلی و اغلب همراه با تولید حرارت و انرژی می‌شود. در صورتی که به درستی کنترل نشود، ممکن است باعث تولید مواد زائد، گازهای سمی، دود، یا آلاینده‌های دیگر شود.

در مورد فاضلاب، اکسیداسیون فاضلاب شیمیایی می‌تواند به عنوان یکی از روش‌های پالایش و تصفیه فاضلاب استفاده شود. در این فرایند، مواد آلی موجود در فاضلاب با استفاده از اکسیژن یا اکسیدان‌های شیمیایی دیگر تجزیه می‌شوند. این تجزیه مواد آلی می‌تواند منجر به تولید آب و گازهای کربنی غیرمضر یا انرژی شود.

یکی از روش‌های رایج اکسیداسیون شیمیایی در تصفیه فاضلاب، استفاده از فرایند اکسیداسیون متقاطع (Advanced Oxidation Process یا به اختصار AOP) است. در این فرایند، اکسیدان‌های قوی مانند پراکسید هیدروژن (H2O2) یا اکسیدان رادیکالی هیدروکسیل (•OH) به فاضلاب اضافه می‌شوند. این اکسیدان‌ها با اندازه‌گیری مناسب میزان و زمان اعمال، می‌توانند مواد آلی پایه‌ای فاضلاب را تجزیه کرده و به مواد کم خطرتر تبدیل کنند.

مزایای استفاده از اکسیداسیون شیمیایی در تصفیه فاضلاب شامل کارایی بالا در حذف مواد آلی، کاهش بوهای نامطبوع و حساسیت نسبت به تغییرات دما و pH است. با این حال، این فرایند ممکن است نیاز به تجهیزات پیشرفته‌تری داشته باشد و ممکن است مشکلات فنی و مالی داشته باشد که باید در اخذ تصمیم توسط مدیریت فاضلاب برای استفاده از آنها در تصفیه فاضلاب مورد بررسی قرار گیرند.

اکسیداسیون شیمیایی شامل افزودن عوامل اکسیدکننده شیمیایی به فاضلاب برای اکسید کردن آلاینده‌های آلی و معدنی است. برخی از عوامل اکسیدکننده شیمیایی رایج عبارتند از:

1. اکسیداسیون فاضلاب با اوزون

اوزون یک اکسیدکننده گازی قوی است که با عبور دادن اکسیژن از یک تخلیه الکتریکی ولتاژ بالا تولید می‌شود. به دلیل واکنش‌پذیری بالای آن، اوزون به سرعت در آب به رادیکال‌های هیدروکسیل تجزیه می‌شود.

مزایای اوزون:

• عدم تولید محصولات جانبی شیمیایی
• افزایش زیست‌تخریب‌پذیری
• ضدعفونی موثر
• حذف طعم، بو و رنگ

معایب:

• هزینه تجهیزات و عملیات بالا
• نیاز به دوز بالا برای زمان‌های واکنش مناسب
• عدم توانایی ضدعفونی‌کنندگی پسماند

2. اکسیداسیون فاضلاب با پرمنگنات پتاسیم

پرمنگنات (MnO4-) یک اکسیدکننده قوی فاضلاب است که می‌تواند به طور مستقیم انواع مختلف ترکیبات آلی را اکسید کرده و آن‌ها را به CO2 تبدیل کند.

مزایا:

• موثر برای حذف آهن و منگنز
• نسبتا ارزان

معایب:

• سینتیک واکنش کند
• مصرف قابل‌توجهی از قلیائیت
• تولید لجن رسوبی MnO2

اکسیداسیون پیشرفته فاضلاب

فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته فاضلاب

فرایندهای اکسیداسیون فاضلاب پیشرفته (AOP) تکنیک‌های اکسیداسیون تخصصی هستند که رادیکال‌های هیدروکسیل بسیار واکنش‌پذیر در مقدار کافی برای اکسیدکردن ترکیبات آلی مقاوم تولید می‌کنند. AOPها شامل واکنش‌هایی با اوزون، پراکسید هیدروژن و/یا نور UV هستند.

مزایای اکسیداسیون پیشرفته فاضلاب

مزایای فرایندهای اکسیداسیون فاضلاب پیشرفته (AOP) عبارتند از:

• تجزیه سریع و مؤثر آلاینده‌های سمی و غیرقابل تجزیه زیستی
• کارایی در غلظت‌های پایین آلاینده
• شکستن کامل ترکیبات پیچیده
• افزایش زیست‌تخریب‌پذیری فاضلاب
• ضدعفونی‌کردن (در AOPهای مبتنی بر اوزون)

AOPها می‌توانند به طور مؤثری آلاینده‌های سمی و مقاوم زیستی مانند سموم آفت‌کش‌ها، سورفکتانت‌ها، فنل‌ها، BOD و غیره را تجزیه کنند. AOPهای مبتنی بر اوزون قدرت ضدعفونی‌کردن را نیز فراهم می‌کنند. AOPها اکثر مواد آلی را به دی‌اکسیدکربن و آب تبدیل می‌کنند. البته برخی ترکیبات آلی پیچیده ممکن است اسیدهای کربوکسیلیک را به عنوان محصولات واسط تشکیل دهند.

معایب فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته

اگرچه اکسیداسیون پیشرفته برای تجزیه آلاینده‌های دشوار موثر است، اما معایبی نیز دارد:

• هزینه عملیاتی بالا: AOPها نیاز به مقادیر زیادی از مواد شیمیایی گران‌قیمت مانند اوزون، پراکسید هیدروژن، لامپ‌های UV و غیره دارند. این امر منجر به هزینه سرمایه‌گذاری و بهره‌برداری بالا می‌شود.
• معدنی‌سازی ناقص: به دلیل ماهیت غیرانتخابی رادیکال‌های هیدروکسیل، اکسیداسیون جزئی ترکیبات آلی پیچیده ممکن است منجر به تشکیل اسیدهای کربوکسیلیک به عنوان محصولات واسطه‌ای شود که ممکن است نیاز به تصفیه بیشتر داشته باشد.
• تولید محصولات جانبی سمی: اکسیداسیون برخی ترکیبات مانند آلاینده‌های کلردار می‌تواند محصولات واسطه‌ای سمی مانند کلرات، پرکلرات و آلاینده‌های آلی هالوژنه جذب‌شدنی تولید کند که نیازمند کنترل فرایند کافی است.
• تداخل ترکیبات فاضلاب: یون‌های معدنی مانند کربنات/بی‌کربنات و مواد آلی، رادیکال‌های هیدروکسیل را مصرف کرده و بازده اکسیداسیون را کاهش می‌دهند. ممکن است پیش‌تصفیه برای حذف ترکیبات مزاحم ضروری باشد.
• نیاز به نظارت متخصص: تجهیزات پیچیده و شرایط حساس عملیاتی AOPها نیاز به اپراتورهای فنی ماهر برای حفظ عملکرد بهینه دارد.
• کاربردهای محدود: به دلیل هزینه‌های بالا، AOPها فقط برای تصفیه آلاینده‌های خطرناک ویژه و غلیظ به کار می‌روند و برای تصفیه کلی فاضلاب به کار نمی‌روند. آن‌ها در مقیاس‌های کوچک‌تر اعمال می‌شوند.
• انتخاب‌پذیری اکسیدکننده: اکسیداسیون غیرانتخابی می‌تواند منجر به اکسیداسیون بیش از حد ترکیبات فاضلاب که نیازی به تصفیه ندارند، شود. این امر موجب هدر رفتن مواد شیمیایی و انرژی می‌گردد.
• عدم وجود ضدعفونی‌کننده باقی‌مانده: بر خلاف کلر، AOPها پس از تصفیه، توانایی ضدعفونی‌کنندگی باقی‌مانده در آب را ندارند.

علی‌رغم این محدودیت‌ها، AOPها به عنوان یک روش تصفیه فاضلاب سریع و کارآمد، هنگامی که هدف نابود کردن آلاینده‌های مقاوم خاص قبل از تخلیه پساب به محیط‌های حساس است، مورد استفاده قرار می‌گیرند. تحلیل هزینه-سود به تعیین امکان‌پذیری نصب AOP کمک می‌کند. ترکیب AOPها با فرایندهای زیستی می‌تواند بازدهی تصفیه فاضلاب را کلی را افزایش دهد.

حوضچه فاضلاب شهری

انواع روش های اکسیداسیون فاضلاب

روش‌های مختلفی برای اکسیداسیون فاضلاب و تصفیه مواد آلی در آن‌ها وجود دارد. در زیر، تعدادی از این روش‌ها را ذکر می‌کنم:

1. پراکسید هیدروژن (H2O2) معمولی و فعال شده: افزودن پراکسید هیدروژن به فاضلاب می‌تواند باعث تجزیه مواد آلی شده و به حذف آنها کمک کند. در صورت استفاده از پراکسید هیدروژن فعال شده، با اعمال فرایندهای کاتالیتیک، تولید رادیکال‌های هیدروکسیل (•OH) افزایش می‌یابد که به تخریب مواد آلی کمک می‌کند.

2. اولتراویلت (UV) و هیدروژن پراکسید (UV/H2O2): در این روش، اشعه اولتراویلت به همراه پراکسید هیدروژن به فاضلاب افزوده می‌شوند. اشعه UV باعث تولید رادیکال‌های هیدروکسیل می‌شود و همچنین پراکسید هیدروژن نیز می‌تواند در تجزیه مواد آلی نقش داشته باشد.

3. اکسیداسیون با ازن (O3): ازن به عنوان یک اکسیدان قوی می‌تواند در فرایند تصفیه فاضلاب استفاده شود. با افزودن ازن به فاضلاب، ردیفی از واکنش‌های اکسیداسیون به وقوع می‌پیوندد که باعث تخریب مواد آلی و کاهش آلاینده‌ها می‌شود.

4. اکسیداسیون با پراکسید کربنیک (Catalyzed Oxidation with Caro’s Acid): این فرایند از پراکسید کربنیک (یا همچنین به نام اسید کارو) به عنوان اکسیدان استفاده می‌کند که می‌تواند به تجزیه مواد آلی کمک کند.

5. اکسیداسیون با هیدروژن کربنات (Hydrogen Peroxide-Carbonate): این روش با ترکیب پراکسید هیدروژن و مواد کربناتی (مانند کربنات سدیم) به تجزیه مواد آلی می‌پردازد.

6. فرایند فنتون (Photo-Fenton): در این روش، از اشعه UV همراه با فرایند Fenton (استفاده از آهن و پراکسید هیدروژن) برای تولید رادیکال‌های هیدروکسیل جهت اکسیداسیون فاضلاب استفاده می‌شود.

7. اکسیداسیون با ایزوپروپیل اکسید: ایزوپروپیل اکسید نیز می‌تواند به عنوان اکسیدان در تصفیه فاضلاب مورد استفاده قرار گیرد.

همچنین، در تصفیه فاضلاب اغلب از ترکیباتی از این روش‌ها برای افزایش کارایی و حذف مواد آلی بهره‌برداری می‌شود. انتخاب روش مناسب برای اکسیداسیون فاضلاب باید با توجه به مشخصات فاضلاب، شرایط محیطی و فناوری‌های در دسترس انجام شود.

نتیجه‌گیری عمران پی بنیس

اکسیداسیون فاضلاب با استفاده از فرایندهایی مانند اکسیداسیون شیمیایی فاضلاب، فتوشیمیایی و الکتروشیمیایی، روش مؤثری برای تخریب آلاینده‌های مقاوم و افزایش بازدهی تصفیه فاضلاب فراهم می‌کند. اوزون و فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته فاضلاب توانایی تصفیه ترکیبات سمی و زیست‌مقاوم و همچنین افزایش زیست‌تخریب‌پذیری و ضدعفونی‌کردن را دارند. محدودیت‌هایی مانند هزینه، تولید محصولات جانبی و لجن باید مد نظر گرفته شوند.

در مجموع، اکسیداسیون فاضلاب به عنوان یک روش تصفیه سوم جهت حذف آلاینده‌های خطرناک ناچیز و تولید پساب با کیفیت بالاتر که مطابق با استانداردهای تخلیه است، مفید عمل می‌کند. هنگامی که به طور معقول اعمال شود، اکسیداسیون می‌تواند تصفیه زیستی را تکمیل کرده و به استفاده مجدد از آب کمک کند. تحقیقات در حال انجام است تا بازدهی اقتصادی فرایند را افزایش دهد. با مقررات سخت‌گیرانه‌تر در مورد تخلیه فاضلاب، فناوری‌های اکسیداسیون نقش رو به افزایشی در تصفیه فاضلاب ایفا خواهند کرد.