قادر به کاهش COD یا حذف رنگ نیستید؟ فناوری اکسیداسیون پیشرفته ازن راه حلی را ارائه می دهد

ازن با فرمول مولکولی O3 آلوتروپ اکسیژن (O2) است. یک مولکول ازن از سه اتم اکسیژن تشکیل شده است که یکی از آنها توسط یک پیوند به دو اتم دیگر متصل است. ازن به عنوان یک "مواد شیمیایی سبز" شناخته می شود، یک اکسید کننده قوی با چهار عملکرد اصلی: استریل کردن، رنگ زدایی، اکسیداسیون و بو زدایی. همچنین دارای مزایایی مانند عدم وجود پسماند و عدم آلودگی ثانویه است که آن را به یک ماده خام صنعتی سبز سازگار با محیط زیست تبدیل می کند.

ازن دارای قدرت اکسیداسیون بسیار قوی با پتانسیل ردوکس 2.07 میلی ولت است. ازن مواد آلی را به دو طریق اکسید می کند: اول اینکه، مولکول های ازن به طور انتخابی مواد آلی را به طور مستقیم اکسید می کنند، یعنی اکسیداسیون مستقیم، اما سرعت واکنش نسبتاً کند است. دوم، به سرعت مواد آلی را غیر{4}}به طور انتخابی از طریق رادیکال های هیدروکسیل (·OH) تولید شده توسط تجزیه خود، یعنی اکسیداسیون غیرمستقیم، اکسید می کند. در واکنش های واقعی تصفیه آب، کارایی ازن در حذف مواد آلی برهم نهی اکسیداسیون مستقیم و غیرمستقیم است و میزان ادامه این دو واکنش به شرایط واکنش متفاوت بستگی دارد. اکسیداسیون غیرمستقیم به عنوان فناوری اکسیداسیون پیشرفته نیز شناخته می شود.

ازن را می توان با روش های مختلفی تهیه کرد. در زمینه تصفیه آب، تخلیه بی صدا با ولتاژ بالا معمولاً استفاده می شود. مواد اولیه تولید ازن عمدتاً هوا یا اکسیژن است. هنگامی که هوا به عنوان منبع گاز استفاده می شود، محتوای ازن تنها حدود 1٪ است، در حالی که وقتی از اکسیژن استفاده می شود، غلظت ازن می تواند به 10٪ (بر حسب جرم) یا بیشتر برسد.

فن آوری اکسیداسیون تک ازن محدودیت های قابل توجهی دارد: ازن منفرد نمی تواند برخی از ترکیبات آلی مقاوم مانند کلروفرم را اکسید کند. اکسیداسیون تک ازن نمی تواند مواد آلی را به طور کامل به دی اکسید کربن و آب تجزیه کند و دستیابی به راندمان حذف COD بالا دشوار است. فناوری پیشرفته اکسیداسیون ازن که به عنوان فناوری اکسیداسیون عمیق نیز شناخته می‌شود، با تولید رادیکال‌های هیدروکسیل بسیار اکسیدکننده (·OH) مشخص می‌شود (پتانسیل ردوکس رادیکال‌های هیدروکسیل (·OH) 2.80 ولت است که بعد از فلوئور در رتبه دوم قرار دارد). تحت شرایط واکنش مانند دمای بالا، فشار بالا، الکتریسیته، صدا، تابش نور و کاتالیزورها، مولکول‌های آلی بزرگ و مقاوم را به مولکول‌های کوچک-سمی یا غیرسمی{4}} اکسید می‌کند.

1) فناوری اکسیداسیون ازن فوتوکاتالیستی

اکسیداسیون ازن فوتوکاتالیستی از ازن برای واکنش مستقیم با مواد آلی استفاده نمی کند. در عوض، از اکسیدان ثانویه فعال (·OH) تولید شده در اثر تجزیه ازن در زیر نور فرابنفش برای اکسید کردن مواد آلی استفاده می‌کند. واکنش بین ازن و ماده آلی به تنهایی انتخابی است و نمی تواند مواد آلی را به طور کامل به دی اکسید کربن و آب تجزیه کند. برای بهبود سرعت اکسیداسیون و کارایی ازن، اقدامات دیگری باید برای ترویج تجزیه ازن برای تولید ·OH فعال اتخاذ شود.

2) فناوری اکسیداسیون ازن کاتالیزوری همگن

کاتالیزورهای مورد استفاده در ازن زنی کاتالیزوری همگن عموماً فلزات واسطه هستند، مانند Fe(II)، منگنز(II)، Ni(II)، Co(II)، Cd(II)، Cu(II)، Ag(I)، کروم(III)، و Zn(II). افزودن دقیق (میکرو{1}}دز، سطح ppb) یون‌های کاتالیزور ازن- به فاضلاب از طریق کنترل توان به دست می‌آید و واکنش اکسیداسیون پیشرفته را تکمیل می‌کند که رادیکال‌های هیدروکسیل را برای حذف آلاینده‌های آلی مقاوم از پساب تولید می‌کند.

3) فناوری اکسیداسیون کاتالیزوری ناهمگن ازن

این فناوری معمولاً از یک حامل اکسیدان جامد (اغلب از آلومینا یا زئولیت مصنوعی تشکیل شده است) استفاده می کند. تحت عمل یک کاتالیزور، ازن تجزیه می شود و رادیکال های هیدروکسیل بسیار اکسید کننده (·OH) تولید می کند و در نتیجه آلاینده های آلی موجود در آب را تجزیه می کند.

تصفیه خانه فاضلاب شهری به گونه ای طراحی شده است که 100000 تن در روز را مدیریت کند، اما ظرفیت تصفیه واقعی آن 90000 تن در روز است. برای برآورده کردن استانداردهای انتشار COD (کمتر یا مساوی 40 میلی گرم در لیتر)، از فناوری اکسیداسیون کاتالیزوری همگن ازن استفاده می شود که از سه ژنراتور ازن (هر کدام با ظرفیت 42 کیلوگرم در ساعت، دو دستگاه در حال کار و یکی در حالت آماده به کار) استفاده می شود. جریان فرآیند به شرح زیر است: مولد ازن ← تولید گاز ازن ← آن را از طریق خطوط لوله به ورودی پمپ جت منتقل می کند ← از طریق تزریق جت در فاضلاب حل می شود.

1) عملکرد تخریب COD و رنگ زدایی

ظرفیت تصفیه فاضلاب: 90000 تن در روز. در حال حاضر، یک مولد ازن در حال کار است، با سرعت 40 کیلوگرم در ساعت، با نرخ تولید واقعی 34 کیلوگرم در ساعت (سرعت جریان ازن x غلظت ازن). دوز ازن 9.1 میلی گرم در لیتر است. این امر COD را از 45 به 30 میلی گرم در لیتر و رنگ را از 40 به 5 کاهش می دهد و به انطباق پساب با "استاندارد تخلیه عمده آلاینده آب برای تصفیه خانه های فاضلاب شهری" (DB33/2169-2018) دست می یابد.

2) مصرف برق

در حالی که ازن به دلیل خواص سبز و سازگار با محیط زیست شناخته شده است، مصرف انرژی بالا و هزینه های عملیاتی مرتبط با تولید آن غیرقابل انکار است. هنگام استفاده از هوا به عنوان منبع گاز، مصرف برق تقریباً 20 کیلووات ساعت بر کیلوگرم ازن است. هنگام استفاده از اکسیژن به عنوان منبع گاز، مصرف برق تقریباً 10 کیلووات ساعت بر کیلوگرم ازن است. بر اساس عملکرد واقعی در سایت، مصرف برق 13 کیلووات ساعت بر کیلوگرم ازن در تابستان و 11 کیلووات ساعت بر کیلوگرم ازن در زمستان است. به دلیل دمای بالای بیرون در تابستان، یک چیلر برای خنک کردن مولد ازن مورد نیاز است، در حالی که در زمستان، فقط مبدل حرارتی صفحه ای باید روشن شود تا از عملکرد عادی اطمینان حاصل شود.