בשנים האחרונות, עקב ההתפתחות המהירה של התיעוש, גדלה באופן דרמטי כמות השפכים המוזרמים ממפעלי תעשייה, ובעיית הזיהום הסביבתי הנגרמת ממנו הפכה לחמורה יותר ויותר. בשפכים המוזרמים בייצור תעשייתי, ריכוז השפכים האורגניים גבוה, ההרכב מורכב, והוא בעל מאפיינים של קשים לפירוק ומכילים חומרים רעילים.
לכן, הטכנולוגיה המסורתית לטיפול בשפכים אינה יכולה עוד לעמוד בדרישות הטיפול בשפכים הנוכחיות, ולכן הפכה לעדיפות עליונה לטפל ביעילות בשפכים תעשייתיים כאלה. כיום, לשיטות חמצון מתקדמות מתקדמות השפעות טיפול טובות, מהירות תגובה מהירה, סבירות נמוכה לזיהום משני וטווח יישום רחב. לכן, טכנולוגיה זו יושמה בהדרגה בתהליכי טיפול בשפכים תעשייתיים שונים.
ביניהם, טכנולוגיית חמצון האוזון הפכה לתהליך המיינסטרים הנוכחי עם יתרונותיו הייחודיים. לאוזון יש תכונות חמצון חזקות והוא יכול לפרק ביעילות ולמינרל מזהמים אורגניים שונים ולהמיר אותם למולקולות קטנות ולא מזיקות. יש לו תגובה מהירה, סלקטיביות טובה, ולא ייצור זיהום משני בתהליך הטיפול, שהוא ידידותי לסביבה. בין אם בטיפול עמוק במי שתייה, הסרת עקבות מזהמים אורגניים ומבשרי תוצרי לוואי לחיטוי במים, או בטיפול בשפכים תעשייתיים, הפירוק של מזהמים אורגניים בעלי ריכוז גבוה וקשה לפירוק, חמצון האוזון הראה מצוין ביצועים.
חמצון אוזון וקטליזה
ניתן לחלק את חמצון האוזון לשתי קטגוריות בהתאם לתגובות הכימיות השונות בין מזהמים לאוזון. האחת היא להשתמש באוזון כדי להגיב ישירות עם תרכובות אורגניות, הנקראות בדרך כלל תגובת אוזון ישירה; השני הוא שהאוזון מתפרק תחילה ליצירת רדיקלי הידרוקסיל, ולאחר מכן רדיקלי ההידרוקסיל והמוצרים האורגניים עוברים תגובות כימיות ישירות, הנקראות בדרך כלל תגובות כימיות עקיפות של מחוללי אוזון.
ביישומים מעשיים, תגובות ישירות עם אוזון בדרך כלל שוברות את הקשרים הכפולים של חומר אורגני והופכות חומר אורגני מולקולרי גדול למולקולות קטנות, אך דרגת החמצון הכוללת אינה גבוהה, ולחומר אורגני שנשבר למולקולות קטנות יש יותר התכלות ביולוגית.
חמצון אוזון ישיר נובע מהסלקטיביות החזקה שלו, מהירות התגובה הכימית האיטית והקושי בטיהור מקיף של מזהמים, אך הוא יכול לטפל מראש בשפכים תעשייתיים כדי לשפר את יחס ה-B/C של שפכים.
העיקרון הבסיסי של התגובה הכימית לטיפול העקיף של אוזון הוא: האוזון מתמוסס תחילה במים ליצירת רדיקלים הידרוקסיליים (OH), ולאחר מכן רדיקלי ההידרוקסיל משחררים חומר אורגני. בדרך כלל אין לשיטה זו סלקטיביות כימית, אך בשל יתרונותיה כגון מהירות תגובה מהירה, דרגת חמצון גבוהה ויעילות טובה בטיפול בשפכים, נעשה בה שימוש נרחב בטיפול בשפכים עמוקים.
בתגובה הכימית העקיפה של טיפול באוזון, האוזון יוצר רדיקלי הידרוקסיל במים בעיקר בשתי דרכים:
① בתנאים אלקליים, האוזון מתמוסס במהירות ליצירת רדיקלי הידרוקסיל, ובהשפעת אור אולטרה סגול, האוזון יוצר רדיקלים הידרוקסיל;
② בהשפעת זרזי מתכת שונים, האוזון יוצר רדיקלי הידרוקסיל.
צוות Jieyao Technology ביצע מחקר על זרזים הטרוגניים, תוך שימוש בפחם פעיל ובאלומינה פעילה באיכות גבוהה כנשאים, העמסת רכיבים קטליטיים מתכת מרוכבת, וויסות מדויק של המבנה והביצועים של הזרז באמצעות הספגה משותפת ותיאום פעולה כימית מרובת מתכת. בעיות של פעילות קטליטית נמוכה, יציבות מבנית ירודה, וניתוק קל של חומרים פעילים בזרזים מסורתיים, ו שיפור משמעותי של הספקטרום הרחב והשפעת היישום.
ניתן לשלב חמצון אוזון גם עם טכנולוגיות חמצון ביולוגיות אחרות, אשר יכולות לא רק לשפר את קצב החמצון הביולוגי וההשפעה בתהליך הטיפול בשפכים, אלא גם לפתור את בעיית הפירוק המהיר של מזהמים אורגניים על ידי שימוש פשוט בחמצון אוזון.
חמצון סינרגטי של אוזון-מי חמצן
העיקרון הבסיסי הוא להשתמש בהשפעה הקטליטית של אוזון ומי חמצן ליצירת רדיקלים דיהידרוקסיל. לשיטה זו יש יתרון בכך שאין צורך להתמודד עם זיהומים. ביישומים מעשיים, שיטה זו יושמה לראשונה בסצינות עבודה עם סביבות מים גדולות, כגון תהליכי אספקת מים, והיא מיושמת כיום בהדרגה לטיפול בשפכים תעשייתיים בריכוז גבוה.
הטכנולוגיה המקיפה של פחמן פעיל באוזון יכולה לשפר את היעילות של חמצון האוזון. במקביל, בבנייה ובשימוש, ניתן להגדיל גם את זמן הניצול החד-פעמי של פחם פעיל, ולהפחית את עלות ההשקעה והתפעול של הציוד. באופן דומה, שיטות חמצון משותף של אוזון ואולטרה סגול יעילות יותר בטיפול בחומרים מורכבים, בחומרים אורגניים עתירי חמצן וחומרים אורגניים אחרים עם כלור בפליטת רכב.
ביישומים הנדסיים, חברה משתמשת בחמצון אוזון קולי לטיפול בשפכים תעשייתיים של אלכוהול פוליוויניל (PVA), ומשתמשת בטכנולוגיית חמצון אוזון במגע ממברנה וטכנולוגיית סינון אולטרה כדי לטפל בשפכים תעשייתיים להדפסה וצביעה ושפכים ביוכימיים משניים. התוצאות מראות כי השילוב של חמצון אוזון וטכנולוגיות תהליכיות אחרות הוא צריכת אנרגיה נמוכה ויעילות גבוהה, ויש לו יתרונות גדולים בטיפול עמוק בשפכים תעשייתיים;
נכון לעכשיו, טכנולוגיית חמצון סינרגטי בשילוב אוזון נמצאת בשלב המחקר. טכנולוגיה זו משמשת בעיקר לפינוי פסולת בעצימות נמוכה, קשה לפירוק ושפכים תעשייתיים פשוטים יחסית. למרות זאת, לטכנולוגיה זו יש עדיין סיכויי יישום רחבים בתחום הטיפול בשפכים.