وينبغي أن يقال أنه في كل مكان في العالم حيث يعيش البشر وحيث توجد شركات الإنتاج، هناك مشاكل في الصرف الصحي المنزلي ومعالجة مياه الصرف الصناعي.
في الوقت الحاضر، الطريقة الرئيسية لإزالة المواد العضوية في معالجة مياه الصرف الصحي هي المعالجة البيولوجية، والتي تتميز بكفاءة إزالة عالية وتكلفة معالجة منخفضة. ومع ذلك، فإن الملوثات التي تتم إزالتها بواسطة طرق المعالجة البيولوجية هي مواد قابلة للتحلل بسهولة (أو قابلة للتحلل) في الماء، وليس لها أي تأثير تقريبًا على إزالة المواد القابلة للتحلل. بعض المواد العضوية سامة للكائنات الحية الدقيقة. في هذه الحالات، الأساليب البيولوجية ليست مناسبة.
التحليل الكهربائي هو طريقة معالجة تستخدم التفاعل الكهروكيميائي لعملية التحليل الكهربائي لإزالة الشوائب الضارة في مياه الصرف الصحي المختلفة. وتسمى أيضًا طريقة الأكسدة التحفيزية الكهربائية، أو الطريقة الكهروكيميائية. يعالج المياه، بما في ذلك مياه الصرف الصحي المنزلية ومياه الصرف الصحي في المصانع. لأنها لا تسبب تلوثاً ثانوياً ولذلك تسمى بتقنية معالجة المياه الصديقة للبيئة، أو تكنولوجيا معالجة المياه الخضراء.
من الناحية المهنية، فإن ما يسمى بتكنولوجيا معالجة المياه الكهروكيميائية يستخدم مجالًا كهربائيًا خارجيًا لتحقيق الإزالة المتوقعة للملوثات في مياه الصرف الصحي من خلال سلسلة من التفاعلات الكيميائية المصممة أو العمليات الكهروكيميائية أو العمليات الفيزيائية في مفاعل كهروكيميائي محدد. أو لغرض إعادة تدوير المواد المفيدة.
في وقت مبكر من ثلاثينيات وأربعينيات القرن العشرين، اقترح الباحثون الأجانب استخدام التحليل الكهربائي لمعالجة مياه الصرف الصحي. وفي ذلك الوقت، كان يستخدم بشكل رئيسي لمعالجة أيونات المعادن الثقيلة في مياه الصرف الصحي. ومع ذلك، بسبب ارتفاع استهلاك الطاقة، ونقص الكهرباء والقيود المفروضة على النظرية الكهروكيميائية، كان تطوير هذه الطريقة بطيئا. في الستينيات والسبعينيات، تطورت صناعة الطاقة الكهربائية بسرعة. كان البحث على أنودات التيتانيوم المطلية ناجحًا وصناعيًا. أكد التعمق المستمر في الأبحاث النظرية الكهروكيميائية أن تفاعلات الأكسدة والاختزال أو تفاعلات الإضافة أو تفاعلات التحلل للعديد من المركبات العضوية يمكن إجراؤها على الأقطاب الكهربائية، مما يوفر أساسًا نظريًا لتحلل الملوثات العضوية من خلال الأكسدة التحفيزية الكهربائية، وبالتالي تعزيز تطبيق تكنولوجيا التحليل الكهربائي. في معالجة المياه.
مزايا تكنولوجيا معالجة المياه الكهروكيميائية هي:
1. يتم نقل الإلكترون فقط بين القطب الكهربائي ومكونات مياه الصرف الصحي، دون الحاجة إلى إضافة عوامل الأكسدة والاختزال الإضافية، وتجنب مشاكل التلوث الثانوي الناجمة عن إضافات إضافية.
2. يمكن تعديل ظروف التفاعل في أي وقت عن طريق تغيير التيار والجهد المطبق، وتكون إمكانية التحكم قوية.
3. تتفاعل الجذور الحرة التي قد تتولد أثناء العملية بشكل مباشر مع الملوثات العضوية الموجودة في مياه الصرف الصحي بشكل عشوائي، مما يؤدي إلى تحللها إلى ثاني أكسيد الكربون والماء والمواد العضوية البسيطة، مع عدم وجود تلوث ثانوي أو القليل منه.
4. ظروف التفاعل معتدلة، ويمكن عمومًا إجراء العملية الكهروكيميائية في درجة حرارة الغرفة والضغط.
5. تعد معدات المفاعلات وتشغيلها بسيطة نسبيًا بشكل عام، وإذا تم تصميمها بشكل صحيح، فهي ليست باهظة الثمن.
6. إذا كان حجم تصريف مياه الصرف الصحي صغيرًا، فيمكن تحقيق المعالجة في الموقع.
7. عندما تحتوي مياه الصرف الصحي على أيونات معدنية، يمكن أن يعمل الكاثود والأنود في نفس الوقت (يقلل الكاثود من أيونات المعادن ويؤكسد الأنود المواد العضوية) لتحقيق أقصى قدر من كفاءة المعالجة أثناء استعادة وإعادة استخدام المواد الكيميائية أو المعادن القيمة.
8. يمكن استخدامه كعلاج منفصل أو دمجه مع علاجات أخرى. على سبيل المثال، كمعالجة مسبقة، يمكن أن يحسن قابلية التحلل الحيوي لمياه الصرف الصحي.
9. لديها وظائف تعويم الهواء والتلبد والتطهير.
10. كعملية تنظيف، فإن معداتها تشغل مساحة صغيرة وهي مناسبة بشكل خاص لمعالجة مياه الصرف الصحي في المدن المزدحمة.
تتميز طريقة الأكسدة التحفيزية الكهربية بمزايا قدرات الأكسدة والاختزال الأقوى من التفاعلات الكيميائية العادية، واستهلاك أقل للعوامل الكيميائية، والقدرة على التكيف القوية، وإمكانية إعادة تدوير المواد المفيدة مثل المعادن، والتحكم الآلي السهل. لذلك فهو مناسب للاستخدام في التطبيقات التي تحتوي على الهيدروكربونات والألدهيدات والكحوليات. ويستخدم تدريجيًا في معالجة مياه الصرف الصحي الملوثة عضويًا مثل الأثير والفينول والأصباغ.
بالنسبة للكلور العضوي والفوسفور والكبريت ومياه الصرف الصحي الصيدلانية الاصطناعية الأخرى ومياه الصرف الصحي لصناعة الورق والطباعة التي يصعب معالجتها بالطرق البيولوجية، يمكن الحصول على نتائج مرضية عن طريق المعالجة الكهروكيميائية.
مبادئ معالجة مياه الصرف الصحي الكهروكيميائية
من الناحية النظرية، يمكن أكسدة جميع المواد العضوية في المحلول المائي كهربائيًا قبل تفاعل تطور الأكسجين، ولكن لأسباب حركية، تكون السرعة بطيئة جدًا، وتكون الأكسدة المباشرة إلى ثاني أكسيد الكربون أكثر صعوبة.
يمكن تقييم سهولة الأكسدة الكهروكيميائية للمواد العضوية من خلال ما يسمى بمؤشر قابلية الأكسدة الكهروكيميائية (EOI). كلما كانت القيمة أكبر، كان من الأسهل أكسدة. يعكس EOI أيضًا متوسط الكفاءة الحالية التي يمكن تحقيقها أثناء التحليل الكهربائي. مؤشر تقييم آخر هو استهلاك الأكسجين الكهروكيميائي (EOD)، والذي يشير إلى كمية الكهرباء اللازمة لأكسدة كل جرام من المادة العضوية كهروكيميائيًا بما يعادل عدد جرامات الأكسجين المنتجة أثناء التحليل الكهربائي. يمكن حساب التخلص من الذخائر المتفجرة بالصيغة التالية
التخلص من الذخائر المتفجرة=دبليوo2/WORG=(It/4F) (EOI) (32/Worg)(10-1)
في الصيغة، I,t - تيار التحليل الكهربائي وزمن التحليل الكهربائي (في هذه اللحظة، تنخفض كفاءة التيار اللحظي إلى الصفر)؛
Worg - وزن المادة العضوية المحولة؛
F--ثابت فاراداي.
يمكن تقسيم معالجة مياه الصرف الصحي الكهروكيميائية إلى فئتين: التحليل الكهربائي المباشر والتحليل الكهربائي غير المباشر.