تكنولوجيا معالجة مياه الصرف الصحي بالأوزون وتطبيقاتها في إزالة الروائح وإزالة اللون وتقليل الأكسجين الكيميائي

منذ طرحها عام ١٩٠٥، أصبحت تقنية معالجة مياه الصرف الصحي بالأوزون (O3) وسيلةً رائجةً للغاية لمعالجة المياه، مع التطور المستمر للتكنولوجيا وانخفاض التكاليف تدريجيًا. وبفضل مزاياها التقنية والاقتصادية الكبيرة، لاقت هذه التقنية انتشارًا واسعًا عالميًا، محققةً العديد من النتائج البحثية والتطبيقات الهندسية المتميزة. سنتناول بعد ذلك الدور الرئيسي للأوزون في إزالة الروائح والألوان، وتقليل الطلب الكيميائي على الأكسجين (COD) في معالجة مياه الصرف الصحي.

تطبيق الأوزون في الحد من الحمأة الزائدة

كطريقة هامة لمعالجة مياه الصرف الصحي، لعبت عملية الحمأة المنشطة دورًا هامًا في زيادة القدرة اليومية لمعالجة مياه الصرف الصحي، وأصبحت تقنية شائعة الاستخدام محليًا ودوليًا. ومع ذلك، ومع انتشار استخدامها، تفاقمت مشكلة الحمأة الزائدة الناتجة أثناء معالجة مياه الصرف الصحي، وأصبحت تكاليف معالجة الحمأة جزءًا متزايدًا من إجمالي تكاليف معالجة مياه الصرف الصحي. ولمواجهة هذا التحدي، استُخدمت تقنية الأوزون على نطاق واسع في المعالجة المسبقة وتقليل الحمأة الزائدة، محققةً نتائج تقنية متطورة نسبيًا.

استخدام الأوزون في معالجة مياه الصرف الصحي

تلعب عملية الحمأة المنشطة دورًا حيويًا في معالجة مياه الصرف الصحي. وقد جعلتها قدرتها المتميزة على المعالجة تقنيةً واسعة الاستخدام لمعالجة مياه الصرف الصحي عالميًا. ومع ذلك، ومع انتشار استخدامها على نطاق واسع، برزت مشكلة الحمأة الزائدة تدريجيًا، واستمرت تكاليف معالجتها في الارتفاع كنسبة مئوية من إجمالي تكاليف معالجة مياه الصرف الصحي. ولمواجهة هذا التحدي، استُخدمت تقنية الأوزون على نطاق واسع في المعالجة الأولية وتقليل الحمأة الزائدة، محققةً نتائج ملحوظة.

تدخل الحمأة المعالجة بالأوزون إلى خزان التهوية مع مياه الصرف المستهدفة. ومن خلال الهضم الميكروبي، يتحول جزء من الحمأة إلى ثاني أكسيد الكربون. تقلل عملية المعالجة المسبقة بالأوزون هذه بشكل كبير من كمية الحمأة الزائدة. ومع ذلك، من المهم ملاحظة أن معالجة الأوزون تتطلب مولد أوزون يستهلك كميات كبيرة نسبيًا من الطاقة. لذلك، يُعد تطوير مولدات أوزون عالية الكفاءة وتحسين استخدام الأوزون أمرًا بالغ الأهمية لخفض تكاليف معالجة مياه الصرف. في السنوات الأخيرة، أحرزت شركة سانكانغ تقدمًا في تطوير مولدات أوزون عالية الكفاءة. ومن خلال تحسين عملية معالجة الأوزون، انتقلت الشركة من معالجة الحمأة المستمرة منخفضة التركيز بالأوزون إلى معالجة متقطعة عالية التركيز. وباستخدام مياه الصرف الفعلية كعنصر تحكم، وجدوا أن طريقة معالجة حمأة الأوزون المُحسّنة لا تتطلب سوى ربع كمية الأوزون المستخدمة كمادة خام، مع تحقيق نتائج معالجة فائقة. يوفر هذا الإنجاز إمكانيات جديدة لخفض تكلفة تقنية تقليل حمأة الأوزون.

علاوة على ذلك، تتكون المواد ذات الرائحة الكريهة الناتجة عن معالجة مياه الصرف الصحي بشكل أساسي من الكربون والنيتروجين والكبريت، بما في ذلك مركبات غير عضوية مثل الأمونيا والفوسفور وكبريتيد الهيدروجين، بالإضافة إلى مركبات عضوية مثل الأحماض الدهنية منخفضة الوزن الجزيئي والأمينات والألدهيدات. في محطة معالجة مياه الصرف الصحي التي أعمل بها، وبما أن 80% من مياه الصرف الصحي الواردة هي مياه صرف صحي منزلية، فإن محتواها العضوي مرتفع، بينما محتواها غير العضوي منخفض نسبيًا. يمكن أكسدة هذه المواد ذات الرائحة الكريهة وإزالتها باستخدام الأوزون، مما يُحسّن كفاءة معالجة مياه الصرف الصحي بشكل أكبر.

تشمل المواد المسببة للروائح بشكل أساسي مركبات عضوية، مثل الأحماض الدهنية منخفضة الوزن الجزيئي، والأمينات، والألدهيدات، والكيتونات، والإيثرات. تحتوي هذه المواد على مجموعات تفاعلية معرضة للتفاعلات الكيميائية، وخاصة الأكسدة. وتستطيع خصائص الأوزون المؤكسدة القوية أكسدة هذه المجموعات التفاعلية بفعالية، مما يزيل الروائح ويمنحها رائحة زكية.

يساعد الأوزون أيضًا على منع تكرار الروائح. ولأن الغاز الناتج عن مولد الأوزون غني بالأكسجين أو الهواء، فإن المواد ذات الرائحة الكريهة تميل إلى إصدار رائحة كريهة في بيئة تفتقر إلى الأكسجين. لا يقتصر دور معالجة الأوزون على إزالة الروائح أثناء عملية الأكسدة، بل يُهيئ أيضًا بيئة غنية بالأكسجين، مما يمنع تكرار الروائح بفعالية. وهذا أمر بالغ الأهمية لتحسين بيئة المعالجة في محطات معالجة مياه الصرف الصحي البلدية.

للأوزون أيضًا وظيفة إزالة اللون. مع تزايد الاهتمام ببيئة مصدر مياه الصنبور وإعادة استخدام مياه الصرف الصحي المعالجة ثانويًا، حظيت إزالة لون المياه المعالجة ثانويًا باهتمام واسع. بالنسبة لمشاكل اللون والرائحة الناتجة عن المواد الدبالية، يمكن لمعالجة الأوزون أن تُخفّض لون الماء بشكل ملحوظ إلى أقل من درجة مئوية واحدة، مما يُلبي أو حتى يتجاوز معايير جودة المياه العامة.

عادةً ما يكون سبب تلون مياه الصنبور هو المستويات المفرطة من المعادن، مثل الحديد والمنغنيز. عند وجود هذه المعادن في صورتها الحرة، يمكن لطرق المعالجة التقليدية إزالتها بفعالية. ومع ذلك، عندما تحتوي المياه الخام على مواد دبالية، قد تتكون أملاح الكروم أحيانًا، مما يجعل طرق المعالجة التقليدية غير كافية. لذلك، يُصبح استخدام المعالجة بالأوزون أمرًا بالغ الأهمية لمعالجة هذه المشكلة.

لنستكشف بعد ذلك آلية إزالة اللون من الأوزون. مع التطور السريع لعلم الأحياء الجزيئي، وسّع علم البيئة الدقيقة نطاقه البيئي ليشمل المستوى الجزيئي.

في الواقع، تُعدّ البروتينات وجزيئات الأحماض النووية مواد عضوية، تتكون من عناصر مثل الكربون والهيدروجين والأكسجين والنيتروجين والفوسفور أو الكبريت (C، N، O، N، P، أو S). علاوة على ذلك، تتكون القفيصة الفيروسية من العديد من الوحدات البروتينية الفرعية، أو القفيصة. ترتبط هذه القفيصة بروابط غير تساهمية، مُشكّلةً بنيةً ملتويةً متناظرة. تتكون البروتينات من سلاسل متعددة، بينما تتكون الأحماض النووية من سلاسل مترابطة من النيوكليوتيدات.