الکترواکسیداسیون (EO)

یکی از روش‌های اکسایش پیشرفته روش الکترواکسیداسیون می‌باشد که با اعمال جریان الکتریکی، فرایند تصفیه انجام می­شود و مقدار لجن نیز بسیار کمتر از دیگر روش­های تصفیه پساب است. در سال‌های اخیر روش‌های اکسایش پیشرفته در تصفیه‌ی آلاینده‌های غیر قابل تصفیه‌ی بیولوژیکی بسیار مورد توجه قرار گرفته است.

در طول دو دهه اخیر فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته‌ی الکتروشیمیایی ( EAOPs) توجه زیادی را به عنوان یک روش امیدوار کننده در بین فرآیندهای اکسایشی پیشرفته بخود جلب کرده است. ساده‌ترین و مرسوم‌ترین روش (EAOPs) روش اکسیداسیون آندی است که مواد آلی می‌توانند مستقیما در سطح آند با انتقال الکترون و یا بطور غیر مستقیم با جذب فیزیکی OH^. در سطح آند و یا معرف‌های موجود در حجم محلول نظیر گونه‌های کلر فعال، O₃، پرسولفات‌ها و H₂O₂ اکسید شوند.

در طول دو دهه اخیر فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته‌ی الکتروشیمیایی ( EAOPs) توجه زیادی را به عنوان یک روش امیدوار کننده در بین فرآیندهای اکسایشی پیشرفته بخود جلب کرده است. ساده‌ترین و مرسوم‌ترین روش (EAOPs) روش اکسیداسیون آندی است که مواد آلی می‌توانند مستقیما در سطح آند با انتقال الکترون و یا بطور غیر مستقیم با جذب فیزیکی OH^. در سطح آند و یا معرف‌های موجود در حجم محلول نظیر گونه‌های کلر فعال، O₃، پرسولفات‌ها و H₂O₂ اکسید شوند. در سال­های اخیر، روش­های الکتروشیمیایی به ویژه روش الکترواکسیداسیون به منظور تصفیه پساب صنعتی و تولید اکسیدان در محل مورد نظر، مورد توجه قرار گرفته است. با استفاده از سیستم الکترواکسیداسیون، مواد آلی موجود در پساب، در معرض یک سری عملیات اکسیداسیون شیمیایی قرار گرفته و تحت شوک الکتریکی، این مواد به ترکیبات ساده­تر و در نهایت به کربن دی اکسید شکسته می­شود. محصولات نهایی حاصل از شکستن ترکیبات آلی، کربن دی اکسید و آب بوده که به صورت گاز از محیط خارج خواهد شد و به این ترتیب میزان لجن تولید شده بسیار اندک است. ضمنا زمان لازم برای تصفیه با این روش نسبت به روش­های دیگر کوتاه­تر است. مکانیزم این روش تولید رادیکال­های اکسنده نظیر رادیکال هیدروکسیل از مولکولهای موجود در پساب است. به عنوان یک قانون کلی، هر چقدر پتانسیل اکسیداسیون آب در سطح آند کمتر باشد ^.OH تمایل کمتری برای واکنش با سطح آند خواهد داشت پس واکنش‌پذیری با آلاینده‌ها افزایش می‌یابد. برای توسعه این روش آندهای خاص با پوششهای منحصر به فرد روی بسترهای تیتانیومی پوشش داده می­شود. این نوع پوششها در شرایط اکسندگی بالا مقاومت بسیاری از خود نشان می­دهند.

تصفیه شیرابه و پساب­هایی که با روش­های معمول تصفیه نمی­شوند و نیاز به استفاده از روش­های دیگر می­باشد، از روش الکترواکسیداسیون واسطه­ای استفاده شده است. از روش الکتروشیمیایی با استفاده از اعمال جریان و الکترولیز آب در حضور الکترولیت، مواد آلی و دیگر ترکیبات مثل فلزات سنگین را به مواد کم خطرتر تبدیل شده است.

اهداف

خودکفایی در تولید محصولات مورد نیاز مصرف عموم مردم کشور و مسائل زیست محیطی، همواره یکی از موارد مدنظر در سیاست­گذاری­های کلان یک کشور است. تصفیه پسابهای صنعتی و پتروشیمی و استفاده مجدد از آب ازجمله مواردی است که نیازمندی به آنها بسیار احساس می­شود. تصفیه پساب­ها به روش­های جدید و پیشرفته مثل روش الکترواکسیداسیون، علاوه بر مزایای خاص خود، امکان تصفیه پساب­های مختلف را فراهم آورده است.

 ضرورت اجرای طرح در ایران

در سالهای اخیر، ایران با مسئله کم آبی و نبود آب تصفیه شده مواجه شده است و توجه به روشهای تصفیه آب و پساب، برای جبران کمبودها کمک شایانی میکند. استفاده از روشهای جدید برای تصفیه در کنار روشهای قدیمی سودمندی­ های بسیاری خواهد داشت.

1-  رونق بخشیدن به تولید ملی و افزایش اشتغال در کشور

2-  استفاده بهینه از منابع اولیه داخلی تولید این محصول

3-  عدم وابستگی به کشورهای خارجی و بی اثر کردن تحریمها در این حوزه

4-  استفاده از توانمندیهای علمی نخبگان و محققان جوان داخلی و بالفعل کردن این ظرفیتها

5-  افزایش سطح کیفیت در مقایسه با نمونه­های موجود

6-  سودآوری بالا

7-  ارزبری برای واردات

8-  تصفیه آب و جبران کمبود آب

  نیاز کشور به این محصول

در حال حاضر حجم عظیمی از آبهای کشور به دلیل غیر قابل استفاده بودن، استفاده نمی­شود و با استفاده از روشهای جدید و الکتروشیمیایی میتوان آن ها را به چرخه بازگرداند.

 روش تصفیه پساب های صنعتی

یکی از مهمترین مسائل زیست محیطی، مدیریت شیرابه­های ناشی از فعالیت­های صنعتی و همچنین زباله­های شهری می­باشد. در این شیرابه­ها غلظت بالایی از ترکیبات آلی و معدنی وجود دارد و گاهی اوقات سطح بالایی از آلاینده­های سمی در آن­ها به وجود می­آید. به منظور کاهش آثار سوء زیست محیطی ناشی از شیرابه، فعالیت‌های مختلفی انجام می‌گیرد که مهمترین روش آن تصفیه شیرابه است. فرآیندهای بیوشیمیایی در پسماندها سبب شده که این آب شامل مواد شیمیایی و میکروبی مختلفی باشد، به طوری که در شیرابه ممکن است مقادیر بسیار زیادی مواد آلی موجود باشد که بخش اعظمی از آن را ترکیبات نوع هیومیکی تشکیل داده و حاوی نیتروژن آمونیاکی، فلزات سنگین، مواد آلی کلرینه شده و نمک‌های معدنی نیز ‌باشد. حذف مواد آلی نظیر مقدار اکسیژن خواهی شیمیایی (COD)، مقدار اکسیژن خواهی بیولوژی (BOD) و آمونیم از شیرابه قبل از ورود آن به محیط زیست امری ضروری است. به منظور کاهش میزان این بار آلودگی از شیرابه، کارهای نسبتا کمی انجام شده زیرا نسبت BOD/COD بسیار پایین بوده و این امر سبب شده تا تصفیه با استفاده از روش‌های بیولوژی در مقیاس صنعتی چندان جواب گو نباشد. علت این موضوع مخلوط بودن انواع آلودگی‌ها از جمله پسماندهای خانگی، اداری، بیمارستانی و صنعتی می‌باشد که باعث ورود انواع مواد آلی غیر قابل هضم توسط میکروارگانیسم‌ها و همچنین وجود فلزات سنگین ناشی از انواع باطله‌های ورودی به این محل‌ها خواهد بود. به منظور تصفیه شیرابه نیاز به روش‌هایی داریم که ابتدا بتواند مواد آلی قابل جداسازی را از محلول آبی و در ادامه با استفاده از روش‌های خاص دیگر، فلزات سنگین را جدا سازد. سپس مواد آلی غیر قابل هضم و قابل هضم از بین بروند.

برای تصفیه شیرابه در سال­های اخیر روش­های مختلفی ارائه شده است. حذف مواد آلی و میکرواورگانیزم­ها با اضافه کردن موادی نظیر اوزون، هیدروژن پراکسید یا مشتقات کلر انجام می­شود.

در بین روش­های موجود، روش­های الکتروشیمیایی و الکترواکسیداسیون به منظور تصفیه شیرابه در محل مورد نظر مورد توجه قرار گرفته است. با استفاده از سیستم الکترواکسیداسیون مواد آلی ناخواسته تولید شده در شیرابه در معرض یک سری عملیات اکسیداسیون شیمیایی قرار گرفته و سپس تحت شوک الکتریکی مقدار این مواد به صورت ترکیبات اکسیدی نظیر کربن دی اکسید شکسته شده و از سویی فلزات سنگین موجود در شیرابه به صفحات الکترود چسبیده و از شیرابه جدا می‌شود. محصولات حاصل از شکستن ترکیبات آلی کربن دی اکسید و آب بوده که به صورت گاز از محیط خارج خواهد شد.

اصول اصلی این فرایند تصفیه به فرایندهای آندیک (الکترواکسیداسیون کلریدها به هیپوکلریت واکنش 1و2) و فرایندهای کاتدیک (واکنش­های الکتروکاهشی اکسیژن برای تولید هیدروژن پراکسید واکنش 3) تقسیم می­شود.

Cl^– + H₂O → HClO + H⁺ + 2e^–     (1)

HClO ↔ ClO^– + H⁺  (2)

O₂(g) + 2H⁺ + 2e^– → H₂O₂ (3)

استفاده از الکترودهای جدید برای تولید هیدروژن پراکسید برای به دست آوردن نرخ بالاتر تولید هیدروژن پراکسید مورد توجه محققین بوده است.

زمانی که هیدروژن پراکسید در یک سل الکتروشیمیایی تولید، استفاده از آند آهنی میتواند به واکنش فنتون کمک نماید و تولید رادیکالهای هیدروکسیل نماید که یک اکسیدانت قوی می­باشد. واکنش تولید هیدروکسیل رادیکال را در واکنش زیر ملاحظه می­کنید.

Fe²⁺ + H₂O₂ → Fe³⁺ + OH^– + ·OH   (4)

با توجه به نوع فرایند و واکنش­های انجام شده، در ادامه پارامترهای تاثیر گذار بر فرایند تعیین می­شوند

پارامترهای تاثیرگذار شامل:

– نوع شیرابه و غلظت آن

– نوع الکترودهای آند و کاتد

– اندازه ابعادی الکترودها

– تعداد و آرایش الکترودها

– ولتاژ و جریان اعمالی

– نوع الکترولیت­ها

– pH محلول

– اعمال هوا یا اکسیژن به سیستم

– نرخ هم­زدن محلول