حالات تطبيق مولد الأوزون في مياه الصرف الصحي الناتجة عن الطباعة والصباغة
باستخداممولد الأوزون حظيت تقنية الأكسدة باهتمام كبير في المعالجة المتقدمة لمياه الصرف الناتجة عن الطباعة والصباغة، نظرًا لتفاعلها السريع وخواصها المؤكسدة القوية وقلة التلوث الثانوي. تستخدم هذه التقنية الأوزون، تحت تأثير محفز محدد، لتحليل مياه الصرف بسرعة، مُنتجةً عددًا كبيرًا من جذور الهيدروكسيل. يؤدي هذا إلى أكسدة المواد العضوية المقاومة وإزالة المواد العضوية، مما يُقلل من الطلب الكيميائي للأكسجين (COD) ويُحسّن قابليتها للتحلل البيولوجي.
باستخدام المخلفات الكيميائية الحيوية من محطة معالجة مياه الصرف الصحي في منطقة صناعية للطباعة والصباغة كهدف بحثي، قمنا بدراسة فعالية معالجة الأوزون على مياه الصرف الصحي الفعلية الناتجة عن هذه المنطقة. حللنا آثار جرعة الأوزون وزمن التفاعل على كفاءة إزالة الأكسجين الكيميائي (COD) والأنيلين والألوان من مياه الصرف. توفر هذه البيانات بيانات مرجعية موثوقة لتحسين العمليات في هذه المنطقة الصناعية للطباعة والصباغة، كما تُفيد في تصميم عمليات المعالجة الهوائية لمياه الصرف الصحي الأخرى الناتجة عن الطباعة والصباغة، وخاصةً تلك الناتجة عن المناطق الصناعية.
تم استخلاص مياه الصرف الصحي من أحد المشاريع من النفايات الكيميائية الحيوية من محطة معالجة مياه الصرف الصحي في منطقة صناعية للطباعة والصباغة. تقوم هذه المنشأة، التابعة لهذه المنطقة الصناعية للطباعة والصباغة، بشكل أساسي بجمع ومعالجة مياه الصرف الناتجة عن حوالي 20 منشأة طباعة وصباغة داخل المنطقة الصناعية. تبلغ الطاقة التصميمية الإجمالية 7000 متر مكعب يوميًا. وتتمثل العملية الرئيسية في "المعالجة الأولية + التحلل المائي والتحمض + الحمأة المنشطة + MBR". وتبلغ تركيزات المواد الكيميائية الحيوية في النفايات السائلة 50-90 ملغم/لتر، ولونًا يتراوح بين 20 و40 ضعفًا، وتركيزًا للأنيلين أقل من 1 ملغم/لتر.
الأوزون الناتج عنمولد الأوزونيتدفق الأوزون عبر أنابيب من الفولاذ المقاوم للصدأ إلى صفيحة التهوية المصنوعة من التيتانيوم في جسم الخزان. تختلط صفيحة التهوية المصنوعة من التيتانيوم جيدًا بمياه الصرف الصحي داخل الخزان. يُحلل الأوزون المتبقي إلى أكسجين بواسطة جهاز تفكيك عادم الأوزون قبل إطلاقه في الغلاف الجوي.
مياه الصرف الصحي بعد إزالة اللون
عند جرعة أوزون مقدارها 25 ملغم/لتر، تبلغ نسبة إزالة COD 35%. لا تؤدي الزيادات المستمرة في جرعة الأوزون إلى زيادة كبيرة في إزالة COD. الجرعة المثلى للأوزون لإزالة اللون في مياه الصرف الصحي هي 25-30 ملغم/لتر، محققةً معدل إزالة 72%. لا تؤدي الزيادات الإضافية في جرعة الأوزون إلى تقليل اللون في مياه الصرف بشكل كبير. يمكن للأوزون تحقيق معدل إزالة أنيلين بنسبة 88%، ولكن عند جرعة 20-25 ملغم/لتر، يصل إلى حوالي 84%. لا تؤدي الزيادات الإضافية في جرعة الأوزون إلى زيادة معدل إزالة الأنيلين إلا بنسبة 4%. بناءً على التحليل السابق، فإن جرعة الأوزون الأكثر منطقية اقتصاديًا للمياه الخام المستخدمة في هذه التجربة هي 20-25 ملغم/لتر. لا تؤدي الزيادة المستمرة في جرعة الأوزون إلى تقليل مستويات COD أو اللون أو الأنيلين بشكل كبير في مياه الصرف الصحي.
تتضمن آلية عمل الأوزون على المواد العضوية تفاعلين: مباشر وغير مباشر. يتضمن التفاعل غير المباشر أساسًا أكسدة المواد العضوية وغير العضوية المذابة بواسطة جذور الهيدروكسيل، وهو تفاعل غير انتقائي إلى حد كبير تجاه المواد العضوية. أما التفاعل المباشر، فيتضمن أساسًا إضافة حلقية، وتفاعلات محبة للإلكترونات، ومحبة للنواة لجزيئات الأوزون. تتفاعل جزيئات الأوزون بشكل انتقائي، مستهدفةً بشكل أساسي المركبات العطرية غير المشبعة، والمركبات الأليفاتية غير المشبعة، وبعض المجموعات الوظيفية المحددة. تتميز مياه الصرف الصحي الناتجة عن الطباعة والصباغة بتركيبة معقدة، وقد تحتوي على مثبطات لجذور الهيدروكسيل. لذلك، يؤثر التفاعل المباشر لجزيئات الأوزون بشكل كبير على فعالية معالجة الأوزون في هذه المياه. في هذه التجربة، لم يتمكن الأوزون من اختزال الأنيلين مباشرةً إلى مستويات غير قابلة للكشف.
الجرعة الأكثر اقتصاديةً ومعقوليةً للأوزون هي 20-25 ملغم/لتر، لذا كانت جرعة الأوزون المستخدمة في هذه التجربة 25 ملغم/لتر. كما هو موضح في الشكل، بالنسبة للأوزون المطلوب (COD) واللون والأنيلين، ازدادت معدلات الإزالة إلى حد ما مع زيادة زمن تفاعل الأوزون. ومع ذلك، عندما تجاوز زمن التفاعل 40 دقيقة، لم يكن لزيادة زمن التفاعل تأثير يُذكر على معدل الإزالة. في هذه التجربة، كان زمن التفاعل الأمثل 40 دقيقة.
