تطبيق تقنية الأكسدة المركبة بالأوزون في معالجة مياه الصرف الصحي

1. مقدمة

في الوقت الحالي، ومع التطور والتقدم المستمرين للمجتمع والاقتصاد، يتزايد حجم الإنتاج الاجتماعي باستمرار، مما يؤدي إلى تلوث مائي خطير بشكل متزايد. ومع تحسن مستوى معيشة الناس، تزداد متطلباتهم لجودة المياه صرامةً، مما يستلزم معالجة فعالة لمياه الصرف الصحي. بفضل مزاياها، مثل انخفاض استهلاك الأوزون، وسرعة التفاعل، والحد الأدنى من التلوث البيئي، تُستخدم أكسدة الأوزون على نطاق واسع في معالجة مياه الصرف الصحي. وقد طُوّرت حاليًا تقنيات أكسدة الأوزون المركبة، مثل تقنية الموجات فوق الصوتية بالأوزون، ومعالجة التحليل الكهربائي بالأوزون. تتناول هذه المقالة كيفية الاستفادة الفعالة من تقنيات أكسدة الأوزون المركبة في معالجة مياه الصرف الصحي، للتوضيح فقط.

توليد الأوزون سانكانغ

2. آلية تقنية أكسدة الأوزون

من منظور الخصائص الفيزيائية للأوزون، يُعدّ الأوزون غير مستقر. عمليًا، عندما يكون الأوزون في الهواء، يتحلل تدريجيًا وباستمرار إلى أكسجين، مُصدرًا حرارةً كبيرة. ومع ذلك، يجب الحفاظ على تركيز الأوزون في الهواء أقل من 25%، لأن التركيزات التي تتجاوز 25% قد تُسبب انفجارات. ومع ذلك، يكون تركيز الأوزون في الهواء عادةً أقل من 10%، لذا فإنّ حدوث انفجار أمرٌ غير مُرجّح. عندما يكون تركيز الأوزون في الهواء أقل من 1%، تبدأ عملية التحلل في الهواء عند درجة حرارة وضغط الغرفة، بنصف عمر يُقارب 16 ساعة. عندما يكون الأوزون في الماء بتركيز 3 ملغم/لتر، يكون نصف عمره من 15 إلى 30 دقيقة. كلما ارتفعت درجة حرارة الماء ودرجة حموضته، زادت سرعة التحلل. لذلك، عمليًا، عادةً ما يُنتج الأوزون ويُستخدم في الموقع. من منظور كيميائي، يُعدّ الأوزون، باعتباره متآصلًا للأكسجين، غازًا عديم اللون أو أزرق باهتًا. يتمتع الأوزون بخصائص مؤكسدة وقاتلة للبكتيريا ممتازة، إلا أن عدم استقراره يمنع تخزينه. يمكن للأوزون مهاجمة الذرات سالبة الشحنة في المواد العضوية، مما يُنتج تفاعلات محبة للإلكترونات، ويمكنه مهاجمة النوى موجبة الشحنة في الجزيئات العضوية، مما يُنتج تفاعلات محبة للنواة. في عمليات الإنتاج الصناعي، يُستخدم التفريغ الإكليلي بشكل شائع. أثناء عملية التفريغ، يتأين الأكسجين، مُتحولًا إلى أيونات. تتفاعل أيونات الأكسجين شديدة التفاعل مع جزيئات الأكسجين، مُشكلةً في النهاية الأوزون. يخضع الأوزون لتفاعل أكسدة في المحاليل المائية. ولأن الأوزون، وهو مؤكسد قوي، غير مستقر، فإن الأكسجين الحر (O2)₃) ونواتج تحلله الوسيطة في الماء لها خصائص مؤكسدة قوية، ويمكن للأوزون أن يؤكسد بسرعة وعلى نطاق واسع بعض العناصر والمركبات العضوية في المحاليل المائية. حتى في التركيزات المنخفضة، يمكن للأوزون إكمال عملية الأكسدة بسرعة. تلعب ظروف تحلل الأوزون وآلية عمله دورًا حاسمًا في عملية الأكسدة. يمكن للأوزون في الماء تكوين جذور الهيدروكسيل (H2O2).⁻). هذه الجذور الهيدروكسيلية (HO⁻) لها تأثير مؤكسد قوي، مما يوفر فوائد التطهير والتعقيم، مع تحليل الملوثات في الماء. تُكوّن تقنية أكسدة الأوزون أحماضًا جزيئية صغيرة، مما يزيد باستمرار من حموضة المحلول المائي. لذلك، يجب إضافة قاعدة مناسبة إلى محلول المعالجة للحفاظ على قيمة pH مناسبة، مما يُرسي أسس معالجة فعالة لمياه الصرف الصحي. 3. تطبيق تقنية أكسدة الأوزون المشتركة في معالجة مياه الصرف الصحي.

تُستخدم حاليًا تقنية الأكسدة المشتركة بالأوزون في معالجة مياه الصرف الصحي. ويمكن أن يُحسّن استخدامها كفاءة معالجة مياه الصرف الصحي ويُرسي أسس جودة المياه.

3.1 تقنية الأوزون بالموجات فوق الصوتية

يمكن للموجات فوق الصوتية أن تُحلل الملوثات العضوية التي يصعب تحللها في الماء. لذلك، فإن استخدام تقنية الأوزون بالموجات فوق الصوتية يُمكن أن يُرسي الأساس لمعالجة فعالة لمياه الصرف الصحي مع تقليل تكاليف التشغيل أيضًا. في عام ١٩٧٦، أدرك داهي أن الموجات فوق الصوتية يُمكن أن تُعزز فعالية الأوزون في معالجة مياه الصرف الصحي. أثناء استخدام تقنية أكسدة الأوزون لمعالجة مياه الصرف الصحي البيولوجية، استخدم داهي في الوقت نفسه الموجات فوق الصوتية بتردد ٢٠ كيلوهرتز لتعزيز تأثير المعالجة. ووجد أن استخدام الموجات فوق الصوتية بتردد ٢٠ كيلوهرتز يُمكن أن يُقلل جرعة الأوزون بنسبة ٥٠٪ أثناء معالجة النفايات السائلة. في بلدي، استخدم الباحث تشاو تشاو تشنغ تقنية الأوزون بالموجات فوق الصوتية في معالجة مياه الصرف الصحي المحتوية على الفينول. ووجد بحثه أن استخدام الأشعة فوق الصوتية أثناء عملية الأكسدة يُمكن أن يزيد من سرعة التفاعل. وبالمقارنة مع استخدام الموجات فوق الصوتية أو الأوزون وحدهما، يُمكن لتقنية الأوزون بالموجات فوق الصوتية أن تُعزز فعالية معالجة مياه الصرف الصحي. كلما زادت قوة الموجات فوق الصوتية، زاد تسارع التفاعل. في السنوات الأخيرة، كشفت الأبحاث المُوسعة أن الموجات فوق الصوتية يُمكن أن تزيد من وتيرة استخدام الأوزون. مقارنةً بتقنية أكسدة الأوزون البسيطة، تُحسّن تقنية الموجات فوق الصوتية بالأوزون سرعة وفعالية تحلل الصبغة. أثناء عملية تحلل الصبغة، يتفاعل الأوزون والموجات فوق الصوتية معًا لتكوين عدد كبير من الجذور الحرة المؤكسدة القوية، مما يُعزز تأثير التحلل.

3.2 تقنية المعالجة المشتركة بالأوزون والتحليل الكهربائي

عمليًا، تُستخدم تقنية أكسدة الأوزون على نطاق واسع في الصناعة الحديثة لمعالجة مياه الصرف الصحي نظرًا لمزاياها المهمة، مثل خصائص الأكسدة القوية وقلة التلوث الثانوي بعد التفاعل. تُستخدم تقنية التحليل الكهربائي الدقيق، والمعروفة أيضًا باسم التحليل الكهربائي الداخلي، على نطاق واسع في معالجة مياه الصرف المقاومة بيولوجيًا. بفضل أساسها النظري الناضج، وكفاءتها العالية في المعالجة، وانخفاض تكلفة الاستثمار، وتطبيقها العملي، تكتسب تقنية التحليل الكهربائي الداخلي اعترافًا متزايدًا. تُنتج تقنية التحليل الكهربائي الداخلي Fe₂+ وFe₃+ أثناء الاستخدام، بينما تُنتج تقنية أكسدة الأوزون عددًا كبيرًا من جذور الهيدروكسيل. يمكن من خلال الجمع بين أكسدة الأوزون والتحليل الكهربائي في معالجة مياه الصرف الصحي دمج Fe₂+ وFe₃+ مع جذور الهيدروكسيل لإنشاء عامل معالجة مياه صرف صحي ممتاز آخر. تجمع تقنية المعالجة المشتركة بالأوزون والتحليل الكهربائي بين التآكل الكهروكيميائي، والأكسدة الكيميائية، والأكسدة الحفزية، والتكتل، والامتصاص. أثبت استخدامه في المعالجة المسبقة لمياه الصرف الصحي المحتوية على صابونين الكركم أنه يُخفّض عبء المعالجة الكيميائية الحيوية اللاحقة ويُعزز فعالية معالجة مياه الصرف الصحي. استخدم يان هايبو وآخرون تقنية التحليل الكهربائي المُدمج بالأوزون في معالجة مياه الصرف الصحي المُلوّنة، مُحققين تحسيناتٍ وتطويراتٍ ملحوظة.

3.3 تقنية الأوزون التحفيزي

في السنوات الأخيرة، اكتسبت تقنية أكسدة الأوزون التحفيزية تطبيقًا واسع النطاق. في ظل ظروف درجة الحرارة والضغط العادية، لا تُجدي أكسدة الأوزون وحدها نفعًا في معالجة مياه الصرف الصحي، لذا يُمكن استخدام الأوزون التحفيزي. مع زيادة معدل إنتاج وتوليد الهيدروكسيل كهدف بحثي رئيسي، تشهد تقنيات الأكسدة التحفيزية تطورًا ونضجًا مستمرين، مثل الأوزون التحفيزي الضوئي، والأوزون المحفز بالقاعدة، والأكسدة التحفيزية غير المتجانسة للأوزون. تعتمد الأوزون التحفيزي الضوئي بشكل أساسي على الأشعة فوق البنفسجية (UV) كمصدر للطاقة والأكسجين (O₃) كمؤكسد. تحت الأشعة فوق البنفسجية، يتحلل الأوزون مُكوّنًا مؤكسدات ثانوية نشطة تُؤكسد المواد العضوية. يُمكن استخدام الأكسدة التحفيزية الضوئية لمعالجة مياه الصرف الصحي العضوية صعبة التحلل، مما يُغير التركيب الجزيئي لهذه المواد ويُكوّن مواد جديدة قابلة للتحلل الحيوي، مما يُحسّن كفاءة معالجة مياه الصرف الصحي. يُحفّز الأوزون المحفّز بالقواعد بشكل أساسي تكوين جذور الهيدروكسيل، مما يُؤكسد المادة العضوية المتحللة في النهاية. أما أكسدة الأوزون التحفيزية غير المتجانسة، وهي تقنية جديدة، فتهدف بشكل أساسي إلى تحلل الأكسجين (O₃) لتكوين جذور حرة نشطة، مما يُعزز كفاءة الأكسدة.

4. مزايا تقنية الأكسدة المشتركة بالأوزون في معالجة مياه الصرف الصحي

في الوقت الحالي، ومع التطور المستمر للتصنيع وتوسع الإنتاج الاجتماعي، أصبح تلوث المياه خطيرًا بشكل متزايد. ومع ذلك، ومع استمرار تحسن نوعية حياة الناس، يزداد الطلب على جودة مياه الشرب بشكل متزايد، مما يستلزم معالجة فعالة لمياه الصرف الصحي. تُستخدم تقنية الأكسدة المشتركة للأوزون حاليًا على نطاق واسع في معالجة مياه الصرف الصحي لضمان معالجة فعالة. يمكن أن يؤدي استخدام تقنية الأكسدة المشتركة للأوزون في معالجة مياه الصرف الصحي إلى تحسين كفاءة المعالجة. قد يؤدي استخدام تقنية الأكسدة المشتركة للأوزون وحدها إلى نتائج محدودة في حالة وجود مواد يصعب تحللها. ومع ذلك، يمكن لتقنية الأكسدة المشتركة للأوزون أن تتحلل هذه المواد الصعبة بشكل فعال، مما يحسن كفاءة المعالجة وبالتالي جودة مياه الناس اليومية. يمكن أن يؤدي استخدام تقنية الأكسدة المشتركة للأوزون في معالجة مياه الصرف الصحي إلى توفير تكاليف المعالجة مع تحسين كفاءتها. لذلك، فإن تطبيقها في معالجة مياه الصرف الصحي له فوائد اقتصادية واجتماعية كبيرة، مما يؤدي إلى زيادة استخدامها. وأخيرا، فإن استخدام تكنولوجيا أكسدة الأوزون في معالجة مياه الصرف الصحي يمكن أن يحمي البيئة، ويخفف من تلوث المياه، ويحسن نوعية المياه، ويوفر موارد مائية أفضل للإنتاج والاستخدام اليومي، وبالتالي تعزيز التنمية الاجتماعية والتقدم.

5. الخاتمة

باختصار، تلعب تقنية أكسدة الأوزون دورًا حيويًا في معالجة مياه الصرف الصحي. لذلك، ينبغي استخدامها بعقلانية لتحسين فعالية المعالجة. يُمكّن استخدام تقنية أكسدة الأوزون في معالجة مياه الصرف الصحي من تحليل الشوائب بفعالية وتقليل لون الماء، مما يضمن معالجة فعالة لمياه الصرف الصحي. علاوة على ذلك، يُسهم استخدامها في حماية البيئة، مما يؤدي إلى تزايد استخدامها.