اکسیداسیون شیمیایی در تصفیه فاضلاب
اکسیداسیون شیمیایی در تصفیه فاضلاب به واکنش‌هایی گفته می‌شود که در طی آنها یک یا چند الکترون از ماده شیمیایی مورد نظر به ماده دیگر که اکسید کننده نامیده می‌شود منتقل می‌شوند. به عبارت دیگر زمانی که الکترون‌ها از یک یون، اتم یا مولکول حذف شوند، ماده اکسید می‌شوند. هنگامی که الکترون‌ها به یک یون، اتم یا مولکول افزوده شوند ماده احیا می‌گردد. واکنشهای اکسیداسیون و احیا نقش بسزایی در مهندسی محیط زیست دارند.
جدول زیر قدرت اکسیدکنندگی بعضی از عوامل اکسیدکننده، که اکثراً مورد استفاده قرار می‌گیرند را نشان می‌دهد.
| عامل اکسیدکننده | پتانسیل اکسیداسیون(ولت) |
| فلوئور | ۳/۰۳ |
| رادیکال هیدروکسیل | ۲/۸۰ |
| اکسیژن اتمی | ۲/۴۲ |
| ازون | ۲/۰۷ |
| پراکسیدهیدروژن | ۱/۷۷ |
| پرمنگنات | ۱/۶۷ |
| اسید هیپوبرمو | ۱/۵۹ |
| دی اکسید کلر | ۱/۵۰ |
| اسیدهیپوکلرو | ۱/۴۹ |
| اسیدهیپویدو | ۱/۴۵ |
| گازکلر | ۱/۳۶ |
| ید | ۰/۵۴ |
وقتی که اکسیداسیون شیمیایی صورت می‌پذیرد، اکسیداسیون کامل ترکیب مورد نظر یا گروهی از ترکیبات ممکن است مهم و ضروری نباشد.در بیشتر موارد، اکسیداسیون جزیی برای ترکیبات ساده‌تر و قابل تجزیه‌تر برای تصفیه بیولوژیکی بعدی یا کاهش سمیت آن کافی است.
فرآیندهای اکسیداسیون شیمیایی به دو گروه تقسیم می‌شوند:
– فرآیندهای اکسیداسیون شیمیایی کلاسیک
– فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته(AOP)
اکسیداسیون شیمیایی کلاسیک در تصفیه فاضلاب
معمولاً تصفیه‌های شیمیایی کلاسیک شامل افزودن عامل اکسیدکننده به آب حاوی آلودگی برای اکسید کردن آن است. اکسیداسیون شیمیایی به طور وسیع در تصفیه مواد آلی خطرناک مورد استفاده قرار می‌گیرد. امروزه با استفاده از تکنولوژی می‌توان با پایش پارامترهای فرآیند به طور موثر و بی‌خطر فرآیند اکسیداسیون را در مقیاس پروژه‌های بزرگ به کار گرفت. این امر عمدتاً به دلیل سهولت دسترسی و مسائل اقتصادی است.
اکسیداسیون با کلر
از کلر می‌توان به عنوان یک اکسیدکننده شیمیایی خوب نام برد. کلر باعث نابودی میکروارگانیسم‌ها می‌شود. کلر به صورت عنصر و یا به صورت هیپوکلریت عامل اکسیدکننده بسیار قوی است. می‌توان کلر را به طور کارآمد در اکسیداسیون سیانید استفاده کرد.
اکسیداسیون با پرمنگنات پتاسیم
پرمنگنات پتاسیم به صورت کریستال‌ها و یا گرانول‌های بنفش تیره با جلای فلزی است. در صورتی که به‌صورت خشک در تماس با اسید سولفوریک غلیظ یا پراکسید هیدروژن قرار گیرد، باعث انفجار می‌شود. از این اکسیدکننده جهت حذف برخی از ترکیبات آلی استفاده می‌شود. عمدتاً در حذف آلدئیدها، مرکاپتان‌ها، فنل و اسیدهای غیر اشباع به کار برده می‌شود. در بحث مواد زائد خطرناک عمده‌ترین کاربری آن مربوط به حذف ترکیبات فنلی است.
در طی واکنش، حلقه آروماتیک شکسته شده و مولکول با وضیعت خطی ایجاد می‌شود. ترکیبات آلیفاتیک بیشتر اکسید شده و آب و دی‌اکسیدکربن بوجود می‌آید. سرعت واکنش سریع بوده و بستگی زیادی به pH محیط دارد. pH های بالاتر از ۵/۹ مناسب هستند. استفاده از پرمنگنات به دلیل هزینه زیاد مواد مورد نیاز و سمیت آن برای آبزیان در مقیاس بزرگ گسترش پیدا نکرده است.
یکی دیگر از معایب پرمنگنات پتاسیم به عنوان اکسیدکننده تشکیل دی‌اکسی منگنز است که رسوب نموده و باید با زلال‌سازی یا فیلتراسیون از سیستم خارج گردد .
اکسیداسیون با پراکسید هیدروژن
پراکسید هیدروژن یک آمیختگی اکسید کننده بسیار نیرومند است که به صورت تاثیر گذار و در اندازه بزرگ به منظور اکسیداسیون با پراکسید هیدروژن، ترکیباتی مانند فنل‌ها، سیانیدها، ترکیبات گوگردی و یون‌های فلزی مورد بهره‌برداری قرار می‌گیرد. ترکیب تجاری آن در آب محلول، بی‌رنگ و با درصد نابی۷۰-۳۰ درصد است. این ترکیب اکسیدکننده قوی در طول تجزیه، اکسیژن و گرمای زیادی به وجود می‌آورد. اندازه ناچیزی از بعضی فلزات می‌تواند نقش ویژه‌ای به عنوان آسانگر در فرآیندهای اکسیداسیون با پراکسید هیدروژن بازی کنند. این اکسید کننده یک ماده به نسبت بی خطر بوده و در تصفیه مقادیر زیادی از مواد آلی و معدنی استفاده شده است.
علاوه بر این بالا رفتن پراکسید هیدروژن این توانایی را داردکه به شکل موثر حلقه بنزینی را در طیف وسیعی از درجه حرارت و ستبری اکسید کند. این پروسه بهph خیلی حساس بوده و دامنه pH بهینه در حدود ۴-۳ در حال تغییر است. پراکسید هیدروژن در درگاه یک کاتالیست مانند آهن، باعث به وجود آمدن رادیکال هیدروکسیل شده که با مواد آلی ادغام شده و شکل آنها را در هم می‌شکند. مزیت مهم آن کم بها بودن بودن، قدرت اکسیدکنندگی زیاد، آسانی در جابجایی، حلالیت در آب و همچنین نبود تولید محصولات جانبی سمی و رنگی است.
اکسیداسیون با ازن
ازن در بیشتر بهره‌وری‌هایش مثل حذف رنگ، ضدعفونی کردن، حذف بو و طعم، حذف منیزیم و ترکیبات آلی مسمر ثمر است. ازن یک محلول ناپایدار، دارای خاصیت اکسیدکنندگی بسیار زیاد است. درمواقع دما و فشار استاندارد، دارای حلالیت کم در آب بوده و بی دوام است.
مقدار حلالیت ازن در آب بر طبق وزنی تقریبا ۱۰ برابر زیادتر از حلالیت اکسیژن در آب است. ازن در تصفیه پساب‌های صنعتی به جهت اکسیدکردن ترکیبات آلی به مواد با سمیت کمتر، مورد بهره‌برداری قرار می‌گیرد. توان ازن درعمل اکسید کردن دو برابر قدرت پراکسید هیدروژن است. مقصود در تصفیه پساب‌های شامل ترکیبات فنلی، اکسیدکردن این ترکیبات به مواد آلی میانجی است. هرچند سمی هستند ولی کاملا از لحاظ زیستی توان جداسازی دارند باشند.
پروسه اکسیداسیون پیشرفته(AOP)
عمدتا اکسیداسیون پیشرفته حاویه تولید و کاربرد رادیکال آزاد هیدروکسیل ۲۸ به نشان یک اکسید کننده قوی به جهت ویران کردن ترکیباتی است که با اکسید کننده های رایج مانند اکسیژن، ازن و کلر تماما اکسید نمی شوند. رادیکال هیدروکسیل با ترکیبات محلول ریاکشن بروز می دهد و باعث آغاز واکنشهای اکسیداسیون پیشرفته می شود تا زمانی که ترکیب مورد نظر به تماما از بین رود.
پروسه تصفیه به وسیله اکسیداسیون پیشرفته به نشان روش‌های معقول برای از بین بردن آلودگی‌های منابع آب زیرزمینی، سطحی و فاضلاب‌های صنعتی شامل آلودگی‌های آلی غیر قابل جداسازی زیستی به احتساب می‌آیند. رادیکال‌های هیدروکسیل به شکل شگفت‌انگیزی قابلیت پذیرش واکنش را دارند که به بیشتر ترکیبات آلی یورش میبرند. قالباً سینتیک واکنش با در نظر گرفتن غلظت رادیکال‌های هیدروکسیل و غلظت آلودگی از درجه اول پیروی می‌کند و ثابتهای سرعت عمدتاً در دایره ۱۰۸ تا ۱۰۱۱ لیتر بر مول بر ثانیه هستند.
