إمكانية إجراء عمليات الفرز للحد من استخدام المؤثرات الكيميائية في معالجة المياه

لا توجد مواد كيميائية مؤذية

ومن أكثر المزايا إلحاحاً للزوزون أن إزالة الأوزون تعود إلى الأكسجين (O₂]) في غضون دقائق من التطبيق، وخلافاً للكلور الذي يترك بقايا يمكن أن تكون سامة وتشكّل مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور في نظام التوزيع، لا تستمر الأوزون، مما يزيل الحاجة إلى خطوة للتحلل الكلور ويخفض كمية المواد الكيميائية المتبقية على البيئة، غير أن المادة الكيميائية تُذكر.

تحسين نوعية المياه

الأوزون هو أكسيد قوي يزيل طعمه ومركباته الصدر بشكل فعال مثل كيميائيات وثنائي ميثيليسولبورنول، وهي شائعة في المياه السطحية المتأثرة بالطحالب، كما أنها تخلط بين المادة العضوية المسببة لللون والأوكسيدات الحديدية والمنغنيز، مما يسمح بإزالة هذه المواد عن طريق التزييف اللاحق، وعلاوة على ذلك، يمكن أن تكسر الملوثات العضوية الثابتة الارتعاشية بما في ذلك بعض أنواع المبيدات.

خفض استخدام المواد الكيميائية ورسم بروميد الميثيل

وباستبدال الجرعة من المطهرات الكيميائية أو تخفيضها، يقلل التوزون مباشرة من إمكانية تكوين ثنائي الفينيل متعدد البروم، حيث إن المياه التي تعالج بالأوزون بوصفها المطهر الرئيسي تحتوي عموماً على مستويات أقل بكثير من تدابير التخفيف من بروميد الميثيل وتدابير التكيف الهيكلي حتى بعد خطوة الكلور في أسفل المجرى، وقد نجحت بعض المرافق في تخفيض الجرعة الكلورية المجانية بنسبة تصل إلى 50 في المائة بعد تنفيذ المعالجة المسبقة للأوزون، وهذا لا يؤدي إلى تحسين الامتثال التنظيمي بل أيضاً.

التحديات والنظر في المسألة

المعدات وتكاليف الطاقة

وتتطلب نظم الحرق معدات متخصصة: مولدات الأوزون، وغرف الاتصال، ونظم التدمير خارج الغازات، ويمكن أن تكون تكلفة رأس المال لإعادة تشغيل مصنع قائم كبيرة، كما تتطلب العملية قدرا كبيرا من الطاقة الكهربائية من ٦ إلى ١٢ كيلوواط لكل كيلوغرام من الأوزون ينتج من الهواء أو الأكسجين، وبالنسبة للمرافق الصغيرة، قد يكون الحاجز الاقتصادي مرتفعا، وإن كانت تكاليف انخفاض الطاقة المتجددة، والتصميمات الأكثر كفاءة للمولدات تجعل من الازدهار أكثر سهولة.

الاحتياجات القصيرة الأجل من أجل الحياة والمرور بالوقت

ويمتد نصف عمر الأوزون في الماء من ثوان إلى دقائق، تبعاً لنوعية المياه ودرجة الحرارة ونسبة الهيدروجين. ويعني هذا الطابع العابر أن التطهير يجب أن يحدث بسرعة داخل حوض الاتصال، وأن الخلط والاحتفاظ بالكميات أمران أساسيان لضمان استيفاء متطلبات الاختزال (التوقيت التركيزي) للتثبات المسبب للمسببات المرضية، كما أن تصميم غرف الاتصال لتعظيم النقل الجماعي وتجنب الحيز القصير أمر حاسم.

الشواغل المتعلقة بالسلامة

وغاز الأوزون سام ويمكن أن يهيج نظام التنفس، لذا فإن الرصد والتهوية بشكل سليم إلزامية، ويجب أن تُوضع مولدات الأوزون في أماكن مُهَوَّرة جيداً، كما أن نظم كشف التسرب ضرورية، غير أن إزالة الكلور من المواد المستنفدة للأوزون في الهواء بسرعة، مما يقلل من خطر التعرض المطول، إذ أن العديد من المرافق الحديثة تعتبر الأوزون أكثر أماناً من من من مناولة الغاز الكلوري، ولكن الخطر لا يمكن تجاهله.

الاستمارة المحتملة لبرشوم

وعندما تحتوي مياه المصدر على أيون بروميد، يمكن للزهور أن يُسجَّل بروميد إلى برومات (BrO₃ - وهو مسبب للسرطان البشري المشتبه فيه، حيث تبلغ نسبة الملوثات في الولايات المتحدة 10 ميكروغرام/لتر بالنسبة لتشويهات برويد في مياه الشرب، ويجب أن تضيف المرافق المعالجة بمياه بروميد إلى حد كبير من الوقت الذي يستغرقه فيه.

إدماج عمليات الحرق في نظم العلاج المتعدد الأطراف

Ozone with Biological Activated Carbon (BAC) Filtration

ويزيد من التحلل الأحيائي من حيث الأوزون جزئياً، إذ بعد التحلل البيولوجي بمرشح الكربون المنشط البيولوجي، يسمح الكائنات المجهرية باحتجاز هذه الجزيئات العضوية الأصغر، ويزيد من تخفيض سلائف الدي بي بي بي، ويحسن الطعم والبذور، وقد اعتمدت المرافق هذه المجموعة التي تليها مادة BAC-has بوصفها وسيلة فعالة من حيث التكلفة لتحقيق زيادة إزالة المواد العضوية والمولودات الدقيقة.

الأوزون مع تطهير فوق البنفسج

ويمكن استخدام الأوزون والأشعة فوق البنفسجية بصورة متآزرة، ويمكن للضوء فوق البنفسجي، ولا سيما عند الساعة 254 نانو متراً، أن يكسر الأوزون ويولد متطرفات إضافية من الهيدروكسيل، مما يخلق عملية متقدمة للتأكسد، وهذا النهج الهجين فعال للغاية في إزالة الملوثات التي تقاوم أي من العملية وحدها، وبالإضافة إلى ذلك، يمكن للأشعة فوق البنفسجية أن تتخذ خطوة إبطال احتياطية، بما يكفل عدم الفعالية إذا كانت كافية.

الأوزون كجزء من عملية متطورة

وعندما يقترن الأوزون ببيروكسيد الهيدروجين (H₂]O_]2]) أو مركبة، فإن النتيجة هي ملوثات عضوية ثابتة تولد تركيزاً أعلى من المتطرفات الهيدروكسيلية، وهذا مفيد بصفة خاصة بالنسبة للملوثات المهينة مثل 1-4 ديوكسين، وشركة NDMA، وبعض المبيدات الآفات.

دراسات الحالة واعتماد الصناعة

وتظهر عدة مرافق لمياه الشرب المتوسطة إلى الكبيرة في العالم أن الازدواج قد أدمج بنجاح للحد من الاستخدام الكيميائي، فعلى سبيل المثال، فإن إدارة المياه والطاقة في لوس أنجلوس تستخدم في إنتاج المواد المستنفدة للأوزون كمبيد رئيسي، مما يقلل بدرجة كبيرة من الطلب على الكلور وتكوين ثنائي الفينيل متعدد الكلور، وتحتفظ مدينة زوريخ، سويسرا، بأمثلة الأوزون في مجال التذوق والتحكم في المواد الدودية، كما أنها حققت انخفاضا كبيرا في مصانع أوتاوا.

الآفاق المستقبلية والتوجيهات البحثية

خفض التكاليف وكفاءة الطاقة

أما التقدم في تكنولوجيا توليد الأوزون، مثل تفريغ الترونات في أقل الطاقة باستخدام إمدادات الطاقة العالية التردد، وتحسين المواد الغذائية، واستخدام مراكز الأكسجين - فيقلل بشكل مطرد من تكاليف التشغيل، ويزداد احتمال توليد الأوكسجين في الموقع، وغالبا عن طريق الاستيعاب المؤقت للضغط، كما أن التكامل مع مصادر الطاقة المتجددة يمكن أن يزيد من تخفيض البصمة الكربونية للزهور.

النظم الهجينة والتكامل في العمليات

ويتواصل البحث في التزوير المختلط مع تلف الغدد الصمغية (تليه الزهرة العكسية أو الرش النانو) لتحقيق معايير عالية جداً لنوعية المياه، بما في ذلك إعادة الاستخدام الصالح للشرب، ويجري أيضاً استكشاف النظم الهجينة التي تجمع الأوزون مع التخثر الكهربائي أو التحلل الضوئي أو النسيج، وقد تؤدي إلى تحسين إزالة المسببات المرضية وأجهزة التطهير الدقيقة مع التقليل من إنتاجها.

الاتجاهات التنظيمية

ومع تشديد أنظمة مكافحة التصحر على الصعيد العالمي، ستسعى المرافق إلى إيجاد طرق مبتكرة لخفض استخدام المواد الكيميائية المسببة للآثار، ويضع التوجيه المتعلق بمياه الشرب الصادر عن الاتحاد الأوروبي (2020) وقواعد الولايات المتحدة بشأن المرحلة الأولى من برنامج العمل البيئي والمرحلة الثانية من البرنامج الحدود الدنيا بدرجة متزايدة للآثار والآثار الضارة، وتخلق هذه الأنظمة دافعا قويا لاعتماد الأكسدة، ولا سيما بالنسبة لإمدادات المياه السطحية المرتفعة في المادة العضوية.

خاتمة

ويمثل الازدهار مساراً قاهراً لمرافق معالجة المياه يتطلع إلى الحد من اعتمادها على المطهر الكيميائي، وقدرتها على حفز مسببات الأمراض المقاومة للكلور، وتحسين نوعية المياه العضوية، والارتقاء بدرجة كبيرة بتشكيلات الدي بي بي بي بي بي بي بي سي، وفي حين أن هناك تحديات تتعلق بتكلفة رأس المال، واستخدام الطاقة، ومكافحة البيوت، فإن البحث المستمر والابتكار التكنولوجي يجعلان من قبيل معالجة متعددة الأكس أكثر كفاءة وأسعار.

For further reading, consult the EPA’s information on disinfection byproducts, the WHO Drinking Water Quality Guidelines], and a technical overview of ozonation technology for water treatment.