فرايند اكسيداسيون شيميايی - تصفیه فاضلاب صنعتی

اكسيداسيون شيميايي به واكنشهايي گفته مي شود كه در آنها يك ماده اكسيد كننده ، الكترونهاي ماده شيميايي مورد نظر را ميگيرد و آن را اكسيد ميكند. اين واكنش ها بستگي به قدرت اكسيدكنندگي عامل اكسيدكننده دارد. كه در جدول زير قدرت اكسيدكنندگي بعضي از عوامل اكسيد كننده آورده شده است:

عامل اكسيد كننده

پتانسيل اكسيداسيون( ولت)

فلوئور

3.03

راديكال هيدروكسيل

2.80

اكسيژن اتمي

2.42

ازن

2.07

پراكسيد هيدروژن

1.77

پرمنگنات

1.67

اسيد هيپو برومو

1.59

دي اكسيد كلر

1.50

اسيد هيپو كلرو

1.49

اسيد هيپو يدو

1.45

گاز كلر

1.36

يد

0.54

فرايندهاي اكسيداسيون شيميايي به دو دسته كلي تقسيم ميشوند:

الف-فرآیندهای اکسیداسیون شیمیایی کلاسیک

ب- فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته(AOP)

در تصفیه های شیمیایی کلاسیک معمولا يك عامل اکسیدکننده را  به آب حاوی آلودگی اضافه ميكنند تا آلودگي ها توسط آن عامل اكسيد كننده اكسيد شده و آلاينده ها از پساب حذف شوند.

اين افزودني ها كه سبب اكسيد شدن آلودگي ها در پساب ميشوند شامل موارد زير مي باشند:

1-كلر

2-پرمنگنات پتاسيم

3-پراكسيد هيدروژن

4-ازن

كه هريك از اين عوامل اكسيد كننده طي واكنش هاي مخصوص به خود سبب حذف آلودگي ها از پساب مورد نظر مي شوند.

اكسيداسيون با كلر:

كلر ،يك عامل اكسيد كننده مي باشد كه يا به صورت عنصري و يا به صورت هيپوكلريت ميتواند با قدرت سبب اكسيد كردن عوامل آلودگي همچون سيانيد شوند.

اكسيداسيون با پرمنگنات پتاسيم:

از این اکسید کننده جهت حذف برخی از ترکیبات آلی استفاده می شود.عمدتا در حذف آلدئید ها، مرکاپتان ها، فنل و اسیدهای غیر اشباع به کار برده می شود . در طی واکنش، حلقه آروماتیک شکسته شده و مولکول با وضیعت خطی ایجاد می گردد.ترکیبات آلیفاتیک بیشتر اکسید شده و آب و دی اکسید کربن بوجود می آید.پیشرفت واکنش سریع بوده و بستگی زیادی به pH محیط دارند. pH به دلیل هزینه زیاد مواد مورد نیاز و سمیت آن برای آبزیان در مقیاس بزرگ توسعه نیافته است.

اکسیداسیون با پراکسید هیدروژن
پراکسید هیدروژن یک ترکیب اکسید کننده بسیار قوی است که جهت اکسیداسیون ترکیباتی چون فنل ها، سیانیدها، ترکیبات گوگردی و یونهای فلزی به کار گرفته شده است. ترکیب تجاری آن در آب محلول، بی رنگ و با درصد خلوص۷۰-۳۰ درصد می باشد.این ترکیب در طی تجزیه، اکسیژن و گرمای زیادی ایجاد می کند.مقادیر كمي از بعضی فلزات می تواند نقش کاتالیزوررا در فرآیندهای اکسیداسیون با پراکسید هیدروژن ایفا كند.این اکسید کننده یک ماده به نسبت بی خطر بوده و در تصفیه بسیاری از مواد آلی و معدنی و حلقه بنزنی به كار گرفته شده است. دامنه pH بهینه دراين فرايند  بين ۴-۳ متغییر است.پراکسید هیدروژن در حضور كاتاليزور ،رادیکال هیدروکسیل ايجاد ميكند  که اين راديكال هيدروكسيل با مواد آلی ترکیب شده و ساختار آن ها را متلاشي ميكند. از مزاياي مهم اين اكسيد كننده ، قيمت مناسب ، سهولت حمل ونقل ، عدم ايجاد محصولات سمي و حلاليت بالا در آب مي باشد.

اکسیداسیون با ازن
ازن براي موارد مختلفي همچون حذف رنگ، گندزدايي، حذف بو و طعم، حذف منیزیم و ترکیبات آلی كاربرد دارد.ازن درشرایط دما و فشار استاندارد، حلاليت كمي دارد وهمچنين ناپايدار است. حلاليت ازن تقريبا 10 برابر حلاليت اكسيژن در آب است.
قدرت اکسیدکنندگی ازن دو برابر قدرت اكسيد كنندگي  پراکسید هیدروژن می باشد.ازن در تصفيه پساب هاي حاوي تركيبات فني به كار مي رود.و هدف آن در تصفیه پساب های محتوی ترکیبات فنلی، اکسیدکردن این ترکیبات به مواد آلی واسطه است.اگرچه سمی هستند ولی کاملا از نظر زیستی قابل تجزیه می باشند.

فرايند اكسيداسيون پيشرفته(AOP)

.فرايند اكسيداسيون پيشرفته يكي از روشهاي مؤثر در تصفيه سابهاي حاوي آلاينده هاي سمي و صنعتي مي باشد. با توجه به اينكه فرايندهاي بيولوژيكي متداول در تصفيه پسابهاي صنعتي ، در حذف و ازبين بردن مقادير بالاي تركيبات آلي ، ناتوان هستند، از فرايندهاي اكسيداسيون شيميايي كه با توليد راديكال هاي هيدروكسيل در محل ، موجب اكسيداسيون و تجزيه آنها مي شود، استفاده مي كنند. در اين روش اكسيژن خالص و ازن را در فواصل مختلف به فاضلاب مي افزايند و اين فرايند ها در تصفيه پسابها و نيز تصفيه نهايي آب شرب مورد استفاده قرار مي گيرند. اين كار سبب خاصيت اكسيدكنندگي قوي درفاضلاب شده و به حذف BOD فاضلاب منتهي مي شود. كه باعث حذف تمامي باكتري ها و ويروس ها در تصفيه نهايي آب مي شود.

راديكالهاي هيدروكسيل از طرق مختلف توليد مي شوند كه عبارتند از:

  1. تركيب تابش ماوراي بنفش و افزودن و افزودن آب اكسيژنه
  2. افزودن توأم گاز ازن و آب اكسيژنه
  3. تركيب تابش ماوراي بنفش و افزودن ازن
  4. تركيب تابش ماوراي بنفش و TiO2
  5. تركيب تابش ماوراي بنفش و ازن و پراكسيد هيدروژن
  6. فتوفنتون
  7. الكتروفنتون
  8. واكنش فنتون
  9. افزودن آب اكسيژنه و نمك آهن به عنوان كاتاليزور
  10. ازن زني در PH قليايي

نمونه هايي از كاربرد اين فرايند:

  1. تصفيه شيرابه زباله
  2. از بين بردن مواد راديو اكتيو
  3. تصفيه پسابهاي نفتي و پترو شيمي
  4. از بين بردن تركيبات شيميايي حاصل از سموم كشاورزي
  5. تصفيه پسابهاي با بار آلي بسيار بالا
  6. حذف بو از گاز خروجي از صنايع
  7. تصفيه خاكهاي آلوده به تركيبات شيميايي
  8. پيش تصفيه در شكست ماكرو مولكول هاي غير قابل تصفيه به روش بيولوژيكي