ההתפתחות המהירה של תעשיית הברזל והפלדה הניבה כמות גדולה של שפכים תעשייתיים קשים לטיפול, במיוחד מי שפכים, המכילים כמות גדולה של חומרים אורגניים רעילים, מזיקים וקשים לפירוק. יש לו את המאפיינים של הרכב מורכב ושינויים גדולים באיכות המים ובנפחם. הטיפול בשפכים המחמצנים גורם יותר ויותר לדאגה של אנשים. שים לב ל. נכון לעכשיו, הטיפול במי שפכים הוא בעיקר שיטות טיפול ביולוגיות מסורתיות, שיטות צאן וקרישה ושיטות ספיגה. לשפכים המחנקים יש פירוק ביולוגי גרוע ויש לדלל אותו בכמות גדולה לפני הטיפול הביוכימי. יתר על כן, לאחר שקשה לפגוע בתהליכי הביובכימיה COD (ביקוש חמצן כימי) ותכולת חנקן אמוניה במקביל, יש לטפל בו יותר. עם זאת, לחלק מטכנולוגיות הטיפול המתקדמות יש עלויות עיבוד גבוהות, וקשה להשפיל לחלוטין חומרים רעילים ומזיקים, והם מועדים לזיהום משני. בהתבסס על המצב הנוכחי של טיפול בשפכים, יש צורך ללמוד טכנולוגיות טיפול יעילות וידידותיות לסביבה.
תהליך חמצון מתקדם (AOPs) משתמש ברדיקלים ההידרוקסיל הפעילים ביותר (· OH) שנוצרים במערכת התגובה כדי לתקוף מולקולות מזהמות אורגניות, ובסופו של דבר לחמצן מזהמים אורגניים ל- CO2, H2O ושאר חומרים לא רעילים חומצת המולקולה הקטנה היא ירוקה, סביבתית טכנולוגיה ידידותית ויעילה לטיפול בשפכים. נכון לעכשיו, טכנולוגיות חמצון מתקדמות כוללות בעיקר חמצון כימי, חמצון פוטוכימי, חמצון פוטו -קטליטי, חמצון קטליטי רטוב וכו 'מכיוון של- AOPs יש את היתרונות של חמצון חזק ושליטה קלה בתנאי ההפעלה, הם משכו יותר ויותר תשומת לב בשנים האחרונות.
▶ חמצון כימי
שיטה זו משתמשת בחמצון כימי להמרת חומרים אנאורגניים או אורגניים נוזליים או גזים לחומרים מעט רעילים או לא רעילים או להפוך אותם לצורות נפרדות בקלות. תחמוצות החמצון הנפוצות בתחום טיפול במים הן אוזון, מי חמצן, אשלגן פרמנגנט וכדומה. בתהליך טיפול בשפכים של פנול, היישום של אוזון ומי חמצן הוא הנפוץ ביותר.
כיום, מדינות רבות בעולם השתמשו באוזון לחיטוי, במיוחד באירופה, האוזון משמש לטיפול במים במפעלי מים. הוסף זרזים מוצקים למערכת חמצון האוזון, כגון פחם פעיל עם שטח פנים גדול. האוזון והפחם הפעיל משמשים במקביל לשחק תפקיד קטליטי ויכולים לספוג את תוצרי המולקולה הקטנה לאחר חמצון האוזון. השניים מגדילים במשותף את ה- OH- בתמיסה. יש לו אפקט סינרגיסטי ליצירת רדיקלים נוספים של הידרוקסיל.
מי חמצן הוא חמצון חזק. יש לו תגובת חמצון מהירה בתמיסה אלקלית ולא תביא יוני טומאה לתמיסת התגובה. לכן הוא משמש היטב לטיפול במגוון מזהמים אורגניים או אורגניים. מי חמצן שימש להסרת COD בשפכים תעשייתיים במשך זמן רב. למרות שמחיר השימוש בחמצון כימי לטיפול בשפכים גבוה משיטות פיסיקליות וביולוגיות רגילות, לשיטה זו יש השפעות שאין לה תחליף עם שיטות טיפול אחרות, כגון רעילות. עיכול מוקדם של שפכים מסוכנים או שאינם מתכלים, טיפול מוקדם בשפכים בריכוז גבוה/זרימה נמוכה וכו 'ההשפעה של שימוש במי חמצן בלבד לפירוק תרכובות עקשן יציבות בריכוז גבוה אינה טובה. ניתן לשפר אותו באמצעות מלחי מתכת מעבר. השיטה הנפוצה ביותר היא שימוש במלחי ברזל להפעלה.
▶ שיטת הריאגנט של Fenton'.
מגיב הפנטון, המורכב ממלח ברזול מסיס ומי חמצן מעורבבים ביחס מסוים, יכול לחמצן מולקולות אורגניות רבות, והמערכת אינה דורשת טמפרטורה גבוהה ולחץ גבוה. Fe2+ במגיב יכול ליזום ולקדם את הפירוק של מי חמצן, ובכך ליצור רדיקלים הידרוקסיל. כמה חומרים רעילים ומזיקים כגון פנול, כלורופנול, כלורובנזן וניטרופנול ניתנים לחמצון גם על ידי מגיב של פנטון' ומגיב דמוי פנטון.
השילוב של מי חמצן ואוזון והשילוב של מי חמצן ואולטרה סגול נקראים טכנולוגיה דמוית פנטון, והעיקרון שלה זהה בעצם לזה של טכנולוגיית פנטון.
▶חמצון פוטוכימי
שיטה זו היא תגובה כימית המתבצעת תחת פעולת האור. הוא דורש ממולקולות לספוג קרינה אלקטרומגנטית באורך גל ספציפי ומתרגשות לייצר מצב נרגש מולקולרי, ולאחר מכן לעבור כימית למצב יציב אחר, או להפוך למוצר ביניים שיוזם תגובה תרמית. השפעת הפירוק של קרינת אור אולטרה סגולה פשוטה היא חלשה. על ידי החדרת כמות מתאימה של חמצון (כגון H2O2, O3 וכו ') לשיטת חמצון אור אולטרה סגול, ניתן לייעל את אפקט הטיפול בשפכים באופן משמעותי ולהאיץ את קצב הפירוק. ישנן שתי דרכים של פירוק פוטו של חומר אורגני: פירוק צילום ישיר ופירוק צילום עקיף. הראשון מתייחס לתגובה הישירה של מולקולות חומר אורגני עם חומרים בסביבה הסובבת לאחר קליטת אנרגיית אור; האחרון מתייחס לחומרים מסוימים הקיימים בסביבה האורגנית תהליך קליטת אנרגיית האור למצב נרגש ולאחר מכן גרימת תגובת חומרים אורגניים ומזהמים. ביניהם, התדרדרות אור עקיפה של חומר אורגני חשובה יותר.
טווח אורך הגל שניתן להשתמש בו בשיטת החמצון הפוטוכימית הוא 200nm ~ 700nm, כלומר טווח האור האולטרה סגול והאור הנראה. לחמצון הפוטוכימי יש יישומים בבקרת זיהום אוויר וטיפול בשפכים. ניתן לחלק אותו ל- UV/O3, UV/H2O2, UV/Fenton ומערכות אחרות בהתאם לסוגי החמצנים. ללא קשר למערכת, תגובות פוטוכימיות משפילות בדרך כלל אורגניות על ידי יצירת רדיקלים הידרוקסיל.
לדוגמה, במערכת UV/O3, האוזון בשלב הנוזלי יתפרק כדי לייצר רדיקלים של הידרוקסיל תחת קרינה אולטרה סגולה, וקצב הספיגה האולטרה סגול מגיע למקסימום ב 253.7nm, שיכול לחמצן את רוב החומרים האורגניים לפחמן דו חמצני ומים, ומשמש אותו לטיפול בברזל בשפכים תעשייתיים. ציאנאט, תרכובות אורגניות, חומצות מבוססות חנקן, אלכוהול, חומרי הדברה, תרכובות אורגניות המכילות חנקן, גופרית או זרחן, אורגניות כלור ומזהמים אחרים.
▶חמצון פוטוקטלטי
בשיטה זו, פוטו-קטליסט (המכונה גם פוטו-קטליסט) מייצר אפקט קטליטי תחת הקרנה של מקור אור באורך גל ספציפי, כך שמולקולות המים והחמצן שמסביב מתרגשים ליצירת פעיל במיוחד של OH- ו- · O2 קבוצות. טכנולוגיית החמצון הפוטוקטלטית משתמשת בזרזים כגון TiO2, ZnO, WO3, CdS, ZnS, SnO2 ו- Fe3O4.
TiO2 הוא הזרז הנפוץ ביותר. בתגובה הפוטו -קטליטית, הפעילות הפוטו -קטליטית של TiO2 מושפעת בעיקר משלב הגביש, גודל התבואה ושטח השטח הספציפי. כאשר נקבע שלב הגבישים, גודל גרגירי הגביש ושטח השטח הספציפי הופכים לגורמים חשובים בפוטו -קטליזה של TiO2. ככל שגודל החלקיקים קטן יותר, זמן הדיפוזיה של אלקטרונים וחורים פוטוגרטיים קצר יותר, וככל ששטח המשטח הספציפי גדול יותר, כך יעילותו יותר לספוג זיהום במים. החומר לשיפור הביצועים הפוטוקטליים. כאשר גודל חלקיק הזרז מגיע לרמת הננומטר, הוא יכול גם לייצר אפקט קוונטי לשיפור קצב ספיגת האור ושיעור הניצול, המהווה כיוון חשוב במחקר הזרז הנוכחי.
לחמצון פוטוקטלטי יש את המאפיינים של חוסר רעילות ותנאי הפעלה פשוטים. אור אולטרה סגול, אור שמש מדומה ואור שמש יכולים לשמש כמקורות אור, ותנאים טבעיים (כגון אוויר) יכולים לשמש כממריצים קטליטי. יש לו פעילות גבוהה, יציבות טובה ויכול להפוך אורגני החומרים המזהמים מתפוררים לחלוטין ואין זיהום משני. בשנים האחרונות, על מנת לנצל את האור הטבעי באופן מלא כדי לפגוע במזהמים שונים, אנשים עשו עבודה רבה בשיפור הפעילות הקטליטי והרחבת טווח אורכי הגל של אור עירור, המכונה גם שינוי פני השטח של זרזים. סימום מתכות המעבר של TiO2 יכול ליצור רמות אנרגיה מתוקנות חדשות על ידי הפקדת מתכות יקרות, ובכך להרחיב את טווח התשובות שלה. טיפולי שינוי כגון פוטנסנסיטיזציה יכולים לשפר את הביצועים הפוטוקטליים.
תחומי היישום של חמצון פוטו-קטליטי כוללים בעיקר טיפול בשפכים של צבע, שפכים אורגניים בריכוז גבוה והסרה של חומרים מזהמים מיקרו שקשה להידרדר בשלב הטיפול המתקדם של מי שתייה. בנסיבות רגילות, חמצון פוטו -קטליטי TiO2 יכול להתבצע רק בטווח אורך הגל של אור אולטרה סגול, מה שמגביל את הפופולריות והיישום של טכנולוגיה פוטו -קטליטית. בנוסף, הפיתוח של כורי חמצון פוטוקטליים עדיין אינו בשל, וקשה להשיג עיבוד בקנה מידה גדול.
▶חמצון רטוב
שיטה זו הינה שיטת חמצון מתקדמת המשתמשת בחמצון לחמצון חומר אורגני בשפכים לפחמן דו חמצני ומים בטמפרטורה גבוהה ולחץ גבוה, ובכך מסירים מזהמים. לשיטה יש מאפיינים של טווח יישומים רחב, יעילות טיפול גבוהה, מעט זיהומים משניים, קצב חמצון מהיר ואנרגיה ניתנת לשחזור וחומרים שימושיים. ביפן ובארצות הברית, שיטה מסוג זה יושמה בהנדסה, טכנולוגיה חדישה ויש לה סיכויים רחבים להתפתחות. עם זאת, גם לשיטה זו יש בעיה, כלומר, חמצון רטוב נדרש לבצע בדרך כלל בתנאי טמפרטורה גבוהה ולחץ גבוה. המוצר הביניים הוא לרוב חומצה אורגנית, הדורשת חומרי ציוד גבוהים, זרזים יקרים, ומתאימה רק לזרימה קטנה ושפכים בריכוז גבוה ...
שיטות חמצון רטובות כוללות שני סוגים: חמצון מים תת -קריטי וחמצון מים סופר -קריטי. טכנולוגיית חמצון מים סופר-קריטית מתייחסת לטכנולוגיה חדשה ויעילה לטיפול בפסולת שבה המים מתחמצנים לטיפול במזהמים אורגניים בתנאים על-קריטיים. תחת טמפרטורה ולחץ מסוימים ניתן לחמצן ולפרק כמעט כל חומר אורגני תוך זמן קצר, מה שמקצר מאוד את זמן הטיפול בשפכים. מכשיר הטיפול סגור במלואו, מה שחוסך מקום ואין בו זיהום משני.
במים על -קריטיים מסיסות המלח פוחתת באופן משמעותי ואילו מסיסות החומרים האורגניים גדלה משמעותית. לדוגמא, בנזן, הקסאן, N2, O2 וכו 'יכולים להיות מעורבים לחלוטין במים ולגרום לשינויים בצפיפות, צמיגות ומקדם דיפוזיה. מקדם הדיפוזיה יורד עם העלייה בצפיפות. מכיוון שטכנולוגיית החמצון הרטוב משתמשת בטמפרטורה ולחץ גבוהים יותר, צפיפות המים יורדת, מקדם הדיפוזיה הופך גדול יותר, ומהירות העברת ההמונים עולה בחדות.
תחומי היישום של חמצון רטוב כוללים בעיקר טיפול בשפכים של חומרי הדברה, טיפול בשפכים של פנול, הדפסה וצביעה של טיפול בשפכים ובוצה וכו '. לאחר שטיפה של שפכים שהוזכרו לעיל על ידי חמצון רטוב, הרעילות מופחתת במידה ניכרת, וגם הפירוק הביולוגי משתפר. בעזרת טיפול ביוכימי ניתן להשיג פריקה של שפכים.
טכנולוגיית חמצון מתקדמת יכולה למינרל מזהמים אורגניים לפחמן דו חמצני ומים. זהו תהליך ידידותי לסביבה, אך עלות העיבוד הגבוהה בעת פירוק מזהמים היא" צוואר בקבוק" הגבלת הקידום שלה. בטכנולוגיית החמצון המתקדמת בסין &, למעט כמה דוגמת שיטת פנטון וטכנולוגיית חמצון האוזון שהוחלה בטיפול במים בפועל, השאר נמצאים בעיקר במחקר מעבדה או בבדיקות בקנה מידה קטן. רק על ידי פתרון החסרונות בעלויות השקעה וטיפול גבוהות של טכנולוגיית חמצון מתקדמת, קורוזיה רצינית של ציוד, וכמות קטנה של מים מטופלים, ניתן להאיץ את יישומה בתעשייה בפועל. ניתן לסכם את כיוון הפיתוח של טכנולוגיית החמצון המתקדמת כדלקמן:
האחת היא שחלק מהטכנולוגיות כגון טכנולוגיית החמצון הפוטוקטלטית וטכנולוגיית חמצון האוזון יכולות לשפר את הפירוק הביולוגי של שפכים, אך קשה ויקר לטפל במי שפכים בנפרד. ניתן לשלב אותו עם טכנולוגיה ביוכימית כדי להפחית את הרעילות הביולוגית של שפכים חורקים ולשפר את הפירוק הביולוגי. , ולאחר מכן השתמש בשיטות ביוכימיות בעלות צריכה נמוכה ויעילות גבוהה לטיפול.
שנית, לטכנולוגיות כגון חמצון קטליטי רטוב וחמצון מים סופר קריטי יש דרישות ציוד גבוהות ועלויות עיבוד גבוהות. ניתן לבצע מחקר ופיתוח מיוחד עבור חומרי כור וזרזים בעלות נמוכה. בטיפול במי שפכים, אין לערבב את השפכים הקשים לטיפול, כגון שאמוניה שנותרה, עם שפכים אחרים, להגדיל את כמות השפכים ולאחר מכן להשתמש בחמצון המתקדם שהוזכר לעיל לטיפול.
השלישי הוא תכנון כור בעל מבנה פשוט, יעילות גבוהה, אור טבעי ופעולה יציבה לטווח ארוך, שיפור יעילות הטיפול בטכנולוגיית חמצון פוטוכימי וחמצון פוטוקטלטי, ושילובו עם קרישה, ספיחה וטכנולוגיות אחרות.