Table of Contents
مقدمه: بحران میکروپلاستیک در سیستم های آب جهانی
میکروپلاستیک ها به یکی از فراگیرترین آلودگی ها در چرخه های آب مدرن تبدیل شده اند. [۱] این قطعات پلاستیکی کوچک تر از ۵ میلی متر از تخریب زباله های پلاستیکی بزرگ تر، گلوله های صنعتی، فیبرهای نساجی مصنوعی و محصولات مراقبت شخصی هستند که در حال حاضر در اقیانوس ها، رودخانه ها، آب های زیرزمینی، و حتی آب آشامیدنی شناسایی شده اند.
میکروپلاستیک ها چیست و چرا نگران هستند؟
میکروپلاستیک های ثانویه
میکروپلاستیک های اولیه در اندازه های کوچک تولید می شوند - میکروآغادها در لوازم آرایشی یا ساینده صنعتی. میکروپلاستیک های ثانویه ناشی از آب و هوا و تکه تکه کردن اقلام پلاستیکی بزرگ تر مانند کیسه ها، بطری ها و شبکه های ماهیگیری باقی می مانند.
خطرات سلامتی و زیست محیطی
مطالعات نشان می دهد که قرار گرفتن در معرض میکروپلاستیک در برابر استرس اکسیداتیو، التهاب و اختلال متابولیک در ارگانیسم های دریایی، انسان ها ممکن است ذرات را از طریق غذاهای دریایی، آب آشامیدنی و حتی گرد و غبار هوا مصرف کنند، در حالی که داده های بهداشتی قطعی هنوز در حال ظهور هستند، اصل احتیاطی خواستار فن آوری های حذف تهاجمی هستند.
روش های درمانی آب متعارف برای میکروپلاستیک ها
استاندارد تصفیه آب آشامیدنی و فاضلاب شامل انعقاد، نفخ، رسوب، تصفیه شنی و فرآیندهای غشایی مانند میکروفیلاتاسیون و فوق العاده ی تصفیه است.این روش ها می توانند بخش قابل توجهی از میکروپلاستیک های بزرگ تر را حذف کنند، اما کاهش بهره وری برای ذرات کوچکتر از 10μm، علاوه بر این، مواد شیمیایی و پوشش های سطحی می تواند مانع از حذف شدن اوزون شود، اغلب برای کاهش عملکرد فیزیکی جدا شدن از آن ها گنجانده شده است.
درک اوزوناسیون به عنوان یک تکنولوژی درمان آب
شیمی اوزون در آب
اوزون (O3) یک مولکول بسیار واکنش پذیر است که توسط ترشحات عروق یا اشعه UV اکسیژن تولید می شود، هنگامی که به آب تزریق می شود، به سرعت به رادیکال های هیدروکسیل (OH) تجزیه می شود، حتی بیشتر اکسیدهای قدرتمند که به آلاینده های ارگانیک و غیر انتخابی حمله می کنند. نیمه عمر اوزون در آب از دقیقه به ساعت ها، بسته به pH، و دما، و بارگیری این ماده شیمیایی پایدار تضمین می کند.
برنامه های موجود در Ozonation
از اوزوناسیون برای بیش از یک قرن در درمان آب شهری برای ضد عفونی، رنگ و کنترل طعم و حذف میکروپلوها مانند داروها و آفت کش ها استفاده شده است، همچنین در درمان صنعتی فاضلاب، آبزی پروری و تولید آب بطری استفاده می شود.
مکانیسم های اوزوناسیون در Microپلاستیک
در حالی که اوزون از نظر فیزیکی ذرات را فیلتر نمی کند، خواص میکروپلاستیک را به گونه ای تغییر می دهد که از طریق فرآیندهای بعدی حذف آنها را بهبود می بخشد.
- [xididation of Surface افزودنی ها و پوشش های پوشش: بسیاری از میکروپلاستیک ها دارای پوشش ارگانیک (surfactants، تثبیت کننده ها، رنگ ها) هستند که اوزون به این لایه ها حمله می کند، کاهش شارژ سطح و هیدروفوبیک.
- اتصال و Coagulation: سطوح میکروپلاستیک به طور قابل ملاحظه ای برای اتصال با انعقاد کنندگان (به عنوان مثال، آلومینیوم یا نمک آهن)، تشکیل بزرگتر، قابل حل تر، شکننده تر می شوند.
- تقسیم بندی بخشی از استخوان پشت پلیمر: اگر چه اوزون به طور کامل پلیمرهای احیا کننده مانند پلی اتیلن یا پلی پروپیلن را معدنی نمی کند، می تواند زنجیره های سطح را ترک کند و وزن مولکولی را کاهش دهد، و ذرات را بیشتر شکننده و آسان تر کند تا در طول بعد از آن فیلتر شود.
- دستورالعمل های بیوفیلم ها و سموم وابسته: اوزون میکروارگانیسم ها را در سطوح میکروپلاستیک می کشد و آلاینده های تبلیغاتی مانند بی فن A (BPA) یا فتالات، کاهش سمیت کلی.
مزایای استفاده از Ozonation برای Microپلاستیک
Osonation مزایای متمایزی را ارائه می دهد که روش های حذف فیزیکی را تکمیل می کند:
- هیچ گونه مواد شیمیایی مجاز نیست: اوزون به اکسیژن تجزیه می شود، بر خلاف کلر یا هرمانگان، اجتناب از فرآورده های ضد عفونی.
- [Synergy with Currenting Therapy Trains: اوزوناسیون می تواند بالادستی از فیلترهای شنی یا واحدهای غشایی را بازسازی کند، و حذف کلی بدون طراحی مجدد عمده را افزایش دهد.
- فعالیت طیف گسترده: آن را به طور همزمان ضد عفونی، حذف رنگ و بو، و تجزیه و تحلیل آلاینده های آلی ردیابی.
- قابلیت های: در محل ازن ژنراتورها می توانند جریان از مقیاس خلبان به گیاهان بزرگ شهری را درمان کنند.
- کاهش سمیت میکروپلاستیک: حتی اگر ذرات به طور کامل برداشته نشوند، کاهش خطر شیمیایی خود را با شکستن مواد افزودنی خطرناک.
محدودیت ها و چالش های اوزونینگ
علی رغم وعده، انزوا یک راه حل مستقل برای از بین بردن میکروپلاستیک نیست.چالش های کلیدی شامل:
- معدنی کامل: اوزون به تنهایی نمی تواند پلی اتیلن یا پلی اتیلن را به طور کامل کاهش دهد، اغلب قطعات کوچکتری ایجاد می کند که ممکن است از طریق فیلتر عبور کنند.
- انرژی و شدت هزینه: تولید اوزون نیاز به برق قابل توجه؛ هزینه ممکن است برای مناطق در حال توسعه و یا خدمات کوچک ممنوع است.
- شکل گیری از محصولات جانبی: Oxidation از کلم بروکلی در آب تولید کلم، یک سرطان مشکوک و یا تصفیه بعدی مورد نیاز است.
- بهینه سازی ضروری: Efficacy بستگی به دوز ازن، زمان تماس، pH و ویژگی های ذرات دارد.هیچ دستورالعمل جهانی برای همه انواع میکروپلاستیک وجود ندارد.
- اثرات دودی: [1] اوزوناسیون ممکن است ذرات بزرگتر را به لرزه در آورد، ایجاد میکروپلاستیک های کوچکتر جدید اگر همراه با حذف جامد موثر نیست.
ترکیب اوزوناسیون با سایر درمان ها برای حداکثر کارایی
اوزون + Coagulation/Filtration (Ozone+DAF)
پیش از آن، عملکرد نخر هوایی حل شده (DAF) و تصفیه شنی را با بی ثبات کردن میکروپلاستیک ها افزایش می دهد.مطالعات نشان می دهد که یک زمان تماس کوتاه ازن پس از انعقاد می تواند دو برابر کاهش میکرواسپم پلی اتیلن در مقایسه با انعقاد به تنهایی.
اوزون + هیدروژن Peroxide (Advanced Oxidation Process – AOP)
ترکیب اوزون و پراکسید هیدروژن باعث تولید رادیکال های هیدروکسیل موثرتر می شود، سرعت اکسیداسیون مواد افزودنی آلی و به طور جزئی کاهش سطوح پلیمری.این AOP به ویژه برای قطعات نانوپلاستیک که از فیلترهای معمولی فرار می کنند، موثر است.
اوزون + bioreactor (MBR)
در درمان فاضلاب، پس از آن، انزوا قبل از MBR می تواند غشاهای ناشی از میکروپلاستیک را کنترل کند در حالی که به طور همزمان آلودگی های تبلیغاتی را کاهش می دهد. غشای حتی کوچکترین ذرات را حفظ می کند.
اوزون + Photocatalysis (UV/TiO2)
زوج های تحقیقاتی نوظهور با نور UV و کاتالیزور دی اکسید تیتانیوم برای تولید گونه های رادیکال اضافی، این رویکرد ترکیبی نشان می دهد وعده برای استخراج کامل مواد معدنی خاص انواع میکروپلاستیک تحت شرایط کنترل.
تحقیقات فعلی و مطالعات موردی
در سال 2021، محققان دانشگاه حمام نشان دادند که پس از آن، برش شن بیش از 95٪ از ذرات میکروپلاستیک (10-500 μm) از مطالعه ای مصنوعی فاضلاب A 2023 در تحقیقات آب (FLT:0) دریافت که ozonation در دوزهای 2 -5 میلی گرم / L افزایش فیبر پلی در یک کارخانه MBR ادغام شده از نوار های کوچک در هلند.
منابع خارجی از منابع معتبر، منافع رو به رشد را تأیید می کنند: سازمان بهداشت جهانی بررسی تکنولوژی های میکروپلاستیک و جامعه شیمیایی آمریکایی مطالعات مداوم در مورد اکسیداسیون پیشرفته برای میکروپلاستیک ها را منتشر می کند.
مسیر های آینده و نوآوری ها
تصویر برداری از Photocatalytic Ozonation
ادغام اوزون با فتوکاتا در معرض نور قابل مشاهده با هدف دستیابی به تخریب نزدیک به کامل میکروپلاستیک ها با هزینه انرژی پایین تر است.توسعه کاتالیزور بر مواد غیر سمی، زمین-برداران مانند برحقیق تمرکز دارد.
پلاسما-Assisted Ozonation
فناوری پلاسما غیر حرارتی می تواند ازن و دیگر گونه های واکنشی را به طور مستقیم در آب تولید کند، محدودیت های انتقال انبوه را کاهش دهد و عملیات از راه دور را برای درمان غیرمتمرکز فراهم کند.
سبز Oxidants و Intensification فرایند
نسل الکترون از اوزون از آب (شوک الکترون) یک جایگزین مبتنی بر تقاضا، کم هیدروژل ارائه می دهد. ترکیب این با تصفیه بیوchar می تواند سیستم های پایدار و کم هزینه برای جوامع روستایی ایجاد کند.
کنترل سنسور Adaptive Ozonation
نظارت بر زمان واقعی غلظت میکروپلاستیک (از طریق fluorescence یا Raman Spectrumoscopy) می تواند به تعدیل پویا از دوز و زمان تماس ازن اجازه دهد، بهینه سازی حذف در حالی که به حداقل رساندن مصرف انرژی و تشکیل محصول جانبی.
نتیجه گیری: اوزوناسیون به عنوان بخشی از یک رویکرد چند بارری
تنها از بین بردن همه میکروپلاستیک ها از آب نمی تواند، اما توانایی آن برای تغییر سطوح ذره، افزایش فلوراژ، و مواد شیمیایی مرتبط با درجه حرارت آن را به یک جزء ارزشمند از قطارهای درمان مدرن تبدیل می کند، زیرا تحقیقات شرایط مناسب برای انواع مختلف پلیمر و اندازه ها را تقویت می کند، و به عنوان فن آوری های نسل ازن انرژی کارآمد، به احتمال زیاد تبدیل به یک ابزار استاندارد در مبارزه با حذف مواد شیمیایی و شکاف بسیار مهم است - و تمیز.