مواد شیمیایی تصفیه فاضلاب پیشرفته

اکسیداسیون شیمیایی

گاهی اوقات ، در تصفیه آب و فاضلاب سودآور است که مواد تشکیل دهنده شیمیایی نامطلوب را به مواد کم خطر تبدیل کنید. به عنوان مثال، مولکول سمی فنل را می توان با یک ماده اکسید کننده قوی به دی اکسید کربن (CO2) و آب اکسید کرد. با این حال ، بسته به ماده اکسید کننده و شرایط اکسید کننده ، ترکیباتی با سمیت بسیار کمتر به عنوان محصولات اکسیداسیون میانی تشکیل می شوند. اکسیداسیون بیشتر این ترکیبات اغلب از منظر اقتصادی توجیه نمی شود.

اکسیداسیون به عنوان یک مرحله تصفیه، تا حد زیادی به تصفیه آب آشامیدنی ، تصفیه های تخصصی صنعتی آب و فاضلاب و تصفیه فاضلاب درجه سه محدود می شود. دلایل استفاده از اکسیداسیون شیمیایی در درجه اول اقتصادی است.

در انتخاب عوامل اکسید کننده مناسب برای تصفیه آب یا فاضلاب باید جنبه های مختلفی در نظر گرفته شود:

  • تاثیر تصفیه
  • هزینه ها
  • سهولت در کار
  • سازگاری با مراحل تصفیه قبلی یا بعدی
  • ماهیت عملیات اکسیداسیون
  • استفاده از آب تصفیه شده (عدم وجود مواد اکسید کننده در آب نهایی)

فقط چند عامل اکسید کننده قادر به تأمین بیشتر این نیازها هستند:

  • اکسیژن یا هوا
  • ازن
  • آب اکسیژنه
  • پتاسیم پرمنگنات
  • کلر یا هیپوکلریت
  • دی اکسید کلر

واکنش ترکیبات آلی انتخاب شده با توجه به اکسیداسیون به شرح زیر است:

واکنش پذیری بالا – فنل ها ، آلدئیدها ، آمین های آروماتیک و برخی از ترکیبات آلی گوگرد ، به عنوان مثال ، تیو الکل ها و تیواترها

واکنش پذیری متوسط ​​– الکل ها ، مواد آروماتیک آلکیله ، مواد آروماتیک نیتروژن دار شده ، گروه های آلکیل اشباع نشده ، کربوهیدرات ها ، کتون های آلیفاتیک ، اسیدها ، استرها و آمین ها

 

واکنش پذیری کم – هیدروکربن های هالوژنه ، ترکیبات آلیفاتیک اشباع و بنزن

 

اکسیژن (O2) علاوه بر اهمیت آن در اکسیداسیون بیولوژیکی ، به عنوان یک اکسیدان شیمیایی در تصفیه آب و فاضلاب نقش مهمی دارد.

اکسیژن به عنوان یک اکسیدان از نظر اقتصادی بیشترین جذابیت را دارد زیرا می تواند به راحتی به صورت هوا (هوادهی) استفاده شود. اهداف اصلی هوادهی در کاربردهای تصفیه فاضلاب عمومی عبارتند از:

  • اکسیداسیون سولفیدها
  • کاهش نیاز اکسیژن فاضلاب نفوذی به یک سیستم بیولوژیکی ثانویه
  • اکسیداسیون شیمیایی و متعاقب آن حذف آهن و منگنز دو ظرفیتی
  • تخریب طعم و بو که به ترکیبات آلی منتقل می شود

ازن

ازن (O3) قوی ترین اکسیدان از نظر کاربردی و بسیار متداول است. از اوزون در برخی از تصفیه خانه های های اروپا و ایالات متحده برای تصفیه و ضد عفونی آب آشامیدنی استفاده می شود. ازن همچنین به دلیل کاربردهای تصفیه فاضلاب ، علاقه قابل توجهی در ایالات متحده به خود جلب کرده است. برخی از خصوصیات ازن باعث جذابیت آن در تصفیه فاضلاب می شود

  • ازن یک اکسیدان قوی است که با اکثر ترکیبات آلی و میکروارگانیسم های موجود در آب های طبیعی و فاضلاب به سرعت واکنش نشان می دهد.
  • باعث ایجاد طعم یا بو به آب نمی شود و یا مواد جامد محلول کل (TDS) را افزایش نمی دهد.
  • از طریق اکسیژن موجود در هوا توسط انرژی الکتریکی تولید می شود

معایب موجود عمدتا به هزینه ها و کارایی تجهیزات تولید ازن ، امکان سنجی روش های تزریق گاز و مشکلات موجود در نگهداری باقیمانده ازن به دلیل سرعت واکنش سریع مربوط می شود. ازن از اکسیژن تولید می شود و مولدهای موجود در حال حاضر حدود 7.5 کیلووات ساعت برق برای هر پوند (16.5 کیلووات ساعت / کیلوگرم) ازن تولید شده هنگام استفاده از هوا به عنوان خوراک مصرف می کنند.

کاربرد ازن

به طور کلی ، ازن جهت موارد زیر مفید است:

  • حذف رنگ
  • از بین بردن طعم و بو
  • ضد عفونی
  • حذف آهن و منگنز
  • اکسیداسیون فنل
  • اکسیداسیون سیانور

عمدتا به دلایل اقتصادی ، استفاده از ازن در درجه اول فقط به عملیات تصفیه محدود شده است که شامل غلظت نسبتاً کمی از مواد اکسید شده یا تصفیه محلول هایی است که مشکلات غیرقابل حل دیگری را نشان می دهد. در تصفیه فاضلاب شهری و صنعتی ، ازن عمدتاً بعنوان یک روش تصفیه فاضلاب درجه سوم برای از بین بردن مواد زائد آلی مقاوم به کار می رود ، فقط پس از حذف مواد آلی توسط فرآیندهای کم هزینه تر.

آب اکسیژنه

آب اکسیژنه (H2O2) یا هیدروژن پراکسید، یک ماده اکسید کننده قوی است که اکثر ترکیبات آلی و معدنی را اکسید می کند. این ماده معمولاً در کاربردهایی که به کلر نیاز دارند ، استفاده می شود ، اما به دلیل نیاز به استفاده یا جلوگیری از تشکیل کلرآمین ها یا مواد آلی کلر دار ، ممکن است پراکسید ماده شیمیایی مورد نظر باشد.

آب اکسیژنه Hydrogen Peroxide


بشکه و گالن
فروش آب اکسیژنه مورد نیاز صنایع، جهت کسب اطلاعات بیشتر با دکتر کمیکال تماس بگیرید.

کاربرد آب اکسیژنه

کاربردهای آب اکسیژنه H2O2 عبارتند از:

کنترل بو آب اکسیژنه سولفید هیدروژن ، مرکاپتان ها ، آمین ها و آلدئیدها را اکسید می کند. آب اکسیژنه ممکن است مستقیماً به مواد زائد آبی حاوی این ترکیبات، اعمال شود. اگر بوها ناشی از فعالیت بیولوژیکی باشد ، ممکن است آب اکسیژنه به عنوان منبع اکسیژن برای از بین بردن شرایط بی اکسیژن ، که باعث ایجاد بو از طریق فعالیت باکتریایی بی هوازی می شود ، اضافه شود.

حذف BOD / COD آب اکسیژنه آلاینده های آلی و غیر آلی را اکسید می کند ، که به تقاضای اکسیژن بیوشیمیایی (BOD) و تقاضای اکسیژن شیمیایی (COD) کمک می کند.

اکسیداسیون غیرآلی آب اکسیژنه ا سیانیدها ، اکسیدهای نیتروژن (NOx) ، اکسیدهای گوگرد (SOx) ، نیتریت ها ، هیدرازین ، کربونیل سولفید و سایر ترکیبات گوگرد کاهش یافته (کنترل بو و خوردگی) را اکسید می کند.

 

اکسیداسیون آلی آب اکسیژنه اکسیداسیون فرمالدئید ، دی سولفید کربن ، کربوهیدرات ها ، ترکیبات نیتروژن و سایر مواد آلی محلول در آب را انجام می دهد. از آب اکسیژنه به همراه نور ماوراء بنفش می توان برای از بین بردن فنل ها ، سموم دفع آفات ، و سایر مواد آلی استفاده نمود.

اکسیداسیون فلزات  آب اکسیژنه یون های فلزی مانند آهن ، منگنز ، آرسنیک و سلنیوم را اکسید می کند.

ضد عفونی و کنترل بیولوژیکی –  آب اکسیژنه می تواند برای کنترل رشد بیولوژیکی در منابع آب و سیستم های خنک کننده مورد استفاده قرار گیرد و می تواند برای ضد عفونی آب های فرآیند و بیولوژیکی استفاده شود.

پرمنگنات

پرمنگنات پتاسیم (KMnO4) به دلایل مختلفی در تصفیه آب سودمند است:

  • پرمنگنات پتاسیم یک ماده اکسید کننده قوی است و به راحتی با ناخالصی هایی مانند آهن ، منگنز ، سولفید ، سیانید ، فنل و سایر ترکیبات تولید کننده بو و بو واکنش نشان می دهد.
  • پرمنگنات پتاسیم بسته به غلظت اعمال شده باعث از بین رفتن و جلوگیری از رشد طیف وسیعی از جلبک ها و میکروارگانیسم ها می شود.
  • تغذیه و نظارت بر پرمنگنات سدیم آسان است و بنابراین به راحتی با عملیات متداول تصفیه آب سازگار است
  • پرمنگنات پتاسیم با کاهش ، دی اکسید منگنز آبدار ایجاد می کند ، که خواص جاذب از خود نشان می دهد ، که اغلب آن را برای لخته شدن و رسوب آب های کدورت کم مفید می کند.
  • پرمنگنات پتاسیم مانند ازن ، طعم و بو را به آب تصفیه شده نمی دهد.

یک عیب عملیاتی برای تصفیه پرمنگنات ، ضرورت جداسازی دی اکسید منگنز آب دار نامحلول است. با این حال ، این معمولاً مشكلی در كاربردهای مربوط به عملیات انعقاد ، رسوبگذاری یا فیلتراسیون ایجاد نمی كند.

کاربرد پرمنگنات

کاربردهای اساسی پرمنگنات در تصفیه آب عبارتند از:

  • فرآیند تصفیه آب (به عنوان مثال ، کنترل جلبک و حذف مواد آلی ، منگنز و آهن)
  • تصفیه فاضلاب صنعتی (به عنوان مثال ، حذف فنل و سولفید هیدروژن)
  • تصفیه آب قابل شرب (به عنوان مثال ، کنترل طعم و بو ؛ حذف فنل ها ، منگنز ، آهن ، سولفید هیدروژن و ترکیبات مربوطه ؛ و کنترل جلبک ها در مخازن)

امکان اقتصادی و کارایی این فرآیندها را می توان با ترکیب چندین مرحله درمان به طور مکرر بهبود بخشید. به عنوان مثال ، اغلب در حذف آهن و منگنز مناسب است که در صورت وجود ، از هوادهی استفاده شود و از پرمنگنات برای تکمیل اکسیداسیون قسمت باقیمانده از گونه های فلزی دو ظرفیتی استفاده شود. به همین ترتیب ، تیمار پرمنگنات اغلب با جذب کربن و کلرزنی تکمیل می شود و بالعکس.

اکسیداسیون آهن (Fe + 2) ، منگنز (Mn + 2) ، سولفید (S – 2) و سیانید (CN–) از بسیاری از واکنش های تحت پرمنگنات با لایه های غیر آلی ، مورد توجه عمده تصفیه آب و فاضلاب است. اکسیداسیون آهن آهنی با پرمنگنات بسیار سریع و کاملاً مستقل از pH است. واکنش سیانید با پرمنگنات به شدت توسط یون مس کاتالیز می شود و در حضور هیدروکسید کلسیم به سرعت پیش می رود.

به طور کلی ، حمله پرمنگنات به ترکیبات آلی عمدتا به گروه های عاملی و پیوندهای متعدد محدود می شود. برخی از مواد آروماتیک تحت اکسیداسیون بیشتری از جمله شکستن حلقه بنزن می شوند. ویژگی کلی دیگر این است که سرعت واکنش با بسیاری از ترکیبات آلی در شرایط قلیایی سریعتر است. خوشبختانه ، اکسیداسیون اکثر مواد آلی آروماتیک (مانند آلدئیدها ، آمین ها ، فنل ها ، ترکیبات گوگرد و ترکیبات اشباع نشده) معمولاً بوی این محصولات را به حداقل می رساند. با این حال ، گاهی اوقات این وضعیت برعکس می شود. اکسیداسیون مکرر با پرمنگنات ، به جای تخریب کامل مولکول آلی ، فقط شامل اکسیداسیون انتخابی گروه های عاملی خاص است.

کلر

کلر (Cl2) سابقه طولانی در کاربرد موفقیت آمیز به عنوان ضد عفونی کننده در عمل تصفیه آب و فاضلاب دارد. بین کلر و محصولات مشتق شده از آن به عنوان اکسیدان و ضد عفونی کننده تفاوت های زیادی وجود دارد. با این حال ، استفاده اولیه از کلر در تصفیه آب و فاضلاب برای ضد عفونی است.

در حالیکه اثر ضد باکتریایی کلر با کاهش pH افزایش می یابد ، اما اثر اکسید کننده آن نسبت به گونه هایی مانند آهن (Fe + 2) ، منگنز (Mn + 2) ، سولفید (S – 2) ، نیتریت (NO2) و سیانید (CN ) معمولاً با افزایش PH افزایش می یابد.

از کلر معمولاً برای اکسیداسیون شیمیایی سیانید در فاضلاب های صنعتی و برای حذف اکسیداتیو آهن و منگنز از منابع آب استفاده می شود. بیشترین فرآیند اکسیداسیون شامل کلر ، درمان سیانور توسط کلرزنی قلیایی است. از بین بسیاری از روش های پیشنهادی برای تصفیه سیانور، اکسیداسیون با هیپوکلریت بیشترین پذیرش را داشته است.

سیانور در تعدادی از فاضلاب های مختلف صنعتی وجود دارد ، اما با توجه به پسماندهای ناشی از عملیات آبکاری ، نگرانی خاصی دارد. به دلیل خواص سمی سیانید ، همه فاضلاب های حاوی این ترکیبات باید به دقت تصفیه شوند. در برخی موارد ، اکسیداسیون به سیانات بسیار سمی (CNO) رضایت بخش است. در برخی دیگر ، تخریب کامل سیانید به دی اکسید کربن و نیتروژن مورد نیاز است. سیانیدها در فاضلاب های صنعتی معمولاً به صورت سیانیدهای آزاد (CN) یا در مجتمع های فلزات سنگین رخ می دهند. به استثنای مجتمع های سیانیدی آهن و تا حدی نیکل ، سیانور توسط اکسیداسیون قلیایی (pH بالاتر از 10) با هیپوکلریت از نظر کمی و سریع به سیانات تبدیل می شود.

فروسیانید [Fe (CN) 6] –4 به مجموعه فری سیانید مربوطه [Fe (CN) 6] –3 اکسید می شود ، که در برابر حمله بیشتر هیپوکلریت مقاومت می کند. مجتمع های نیکل برای سرعت بخشیدن به واکنش کند ، به هیپوکلریت با اکتیویتیه بالا (بیش از 20٪) نیاز دارند.

مواد زائد فنل نیز با موفقیت با کلر اکسید شده اند. دی اکسید کلر ، ازن و پرمنگنات پتاسیم گزینه های جایگزینی هستند ، اما به نظر می رسد کلر معرف انتخابی است زیرا عمده آن برای هر واحد اکسید کننده معادل آن کمتر است. آمونیاک می تواند مصرف کلر را افزایش دهد ، زیرا کلر قبل از واکنش با فنول ترجیحاً با آمونیاک واکنش می دهد.

آب ژاول Sodium Hypochlorite


بشکه و گالن
فروش آب ژاول مورد نیاز صنایع، جهت کسب اطلاعات بیشتر با دکتر کمیکال تماس بگیرید.

مقالات مرتبط