אתגר גדל של זיהום מים עירוני

זיהום מים בסביבות עירוני הפך לאחד הנושאים הסביבתיים והציבוריים הדוחקים ביותר של המאה העשרים ואחת.התברואה המהירה, תשתיות ההזדקנות, ולהגדיל את הפעילות התעשייתית לשחרר תערובת מורכבת של זיהום - כולל מתכות כבדות, תרופות, מוצרי טיפול אישי, חומרי הדברה ופתרונות אורגניים מבטיחים - על פי אמצעי מים חמים, יותר ויותר משני מיליארד אנשים בעולם לא גישה לשתייה, מרכזי טיפול כימיים בעלי הכנסה נמוכה יותר, בעוד שגורמים לשילובים סביבתיים נמוכים, הם בעלי הכנסה נמוכה יותר, ולהפחית במהירות נמוכה יותר, בעוד שמשתנים, ובאופן טבעי, כמו גם כן, ובאופן טבעי, ובאופן טבעי, הם בעלי השפעה פיזית נמוכה יותר, על פני מים, על פני מים, על פי אמצעי מים, על פני מים, על פני מים, על פני מים, על ידי ירידה משמעותית, על פי אמצעי מים, על פי אמצעי לחימה, על פי אמצעי לחימה, על פי אמצעי מים, על פי אמצעי מים, על ידי מחלות כימי, על ידי מחלות כימיות נמוכה יותר, על ידי מחלות כימיות, על פי אמצעי מים, על פי אמצעי מים, על פי מקורות אנרגיה, על פי מקורות אנרגיה, על פי מקורות אנרגיה, על פי אמצעי מים, על פי מקורות אנרגיה, על ידי ירידה משמעותית, ירידה מהירה יותר, על ידי אנרגיה, על ידי

מאמר זה מספק סקירה סמכותית של הטיפולים הכימיים המבטיחים ביותר לזיהום מים עירוניים, מתהליכי חמצון מתקדמים ועד הדור הבא של קוגניקטים וננו-חומרים.זה גם בוחן את האתגרים הקריטיים שיש להתגבר עליהם על שיטות אלה כדי להשיג אימוץ נרחב בסביבות העיר האמיתית.

התקדמות בטיפול במים כימיים

כימיקלים מסורתיים לטיפול במים – כמו כלור לחיטוי ואלומיניום לגישור – שירתו ערים היטב במשך יותר ממאה שנים. עם זאת, הם יותר ויותר לא מספיקים נגד מורדים מתעוררים כמו תרכובות מרתיעות אנדוקרניות ועוקבות אחר תרופות.מחקר טיפול כימי מודרני מתמקד בשלושה מטרות ליבה: בחירה גבוהה יותר עבור ממזהמים היעד, שימוש כימי נמוך יותר, והפחתה של היווצרות מזיקה על ידי מוצרים.

תהליכי Oxidation מתקדמים (AOPs)

תהליכי חמצון מתקדמים (AOPs) מייצרים מינים מאוד תגובתיים, קצרים, בעיקר רדיקלים הידרוקסיל (OH), אשר יכולים ללא סלקטיבית לחמצן מגוון רחב של אבקות אורגניות. AOPs הם בעלי ערך מיוחד לטיפול במי פסולת עירונית המכיל מיקרו-פולנטים המתנגדים לשיטות ביולוגיות או כימיות קונבנציונליות.

  • (ב) [ה][3]] [15][3] ‭3]}}[3]}}{{{{{הערה|9}}{{הערה|9}}]]}}]]}}{{{הערה|הערה|{הערה|הערה|9}}]]}}]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] ב[[1924]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[[[1924]]]] [[1924]] [[[[1924]]]] [[[[1924]]]]]]
  • (FLT:0)Fenton ו- Photo-Fenton Processes:FLT:1 התגובה פנטון הקלאסית משתמשת בצל ברזל (FecioFLT:2+FLT 3:2+earFLT 3: 3) ומימן peroxide כדי לייצר רדיקלים הידרוקסל.התהליך photo-Fenton מוסיף אור UV או גלוי כדי לחדש את הברזל המעורר ולהניב את הניזה בביקוש לטבוליבית (Dlut) בביקוש לחמצן גבוה לצריכת דלקים לצריכת חמצן (הת חמצן גבוה).
  • (ב) [15] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ⁇ :0 (הההמתק): ⁇ (השתמש בזרזים מוצקים כגון דו תחמוצת טיטניום (TiOcioFLT:2FLT 3:2FLT 3:) או תחמוצת אבץ (ZnO) תחת אור UV מאפשר ירידה פוטו-קטקטית ללא תוספת כימית מתמשכת.

לכל AOP יש יתרונות ומגבלות ספציפיים לגבי pH, התפתלות על ידי חומר אורגני רקע, צריכת אנרגיה.אינטגרציה של AOPs כצעד מלוטש לאחר טיפול ביולוגי משני הוא אסטרטגיה נפוצה בשימוש במים עירוניים.

הרעלת כימיקלים ופלגוציה

הלכידות והפלזיה נותרו התהליכים הכימיים המיושמים ביותר להסרת מוצקים מושעה, קולונואידים, והפיצו זרחן משפכים עירוניים.התפתחויות מודרניות שיפרו באופן משמעותי את הביצועים והפחיתו את החסרונות.

(FLT:0) Enhanced Coagulants: ⁇ 1 (Pre-hydrolyzed coagulants כגון polyaluminum chloride (PACl) ופוליפרטרי sulfate מציעים יותר coagulation על טווחי pH רחב יותר במים קרים בהשוואה לאלומיניום מסורתי או ריכוזי ברזל.

(FLT:0) Electrocoagulation: FLT:1 במקום להוסיף קוגניקטים כימיים ישירות, אלקטרוקוגציה משתמשת באלומיניום הקרבי או אלקטרודות ברזל המשחררות את הזרמים המתכתיים כאשר זרם חשמלי מוחל.הדור שבשב של קואגמורנטים מקטין את הצורך באחסון כימי ויכול לטפל באיכות המים המשתנים באופן רסן יותר.

(FLT:0)Ballasted Flocculation: FIRLT:1 על ידי הוספת מיקרוסנד או חלקיקים אחרים בעלות גבוהה לאגן הריצוף, floccced מייצרת floc כבדים המתיישבים במהירות, להפחית באופן דרמטי את זמני המעצר ואת טביעת הרגל הצמח.

ההתקדמות בכימיה של הדבקה מאפשרת למפעלי טיפול במים עירוניים לעמוד בסטנדרטים מחמירים יותר עבור זרחן וייבוש מוצקים ללא עלות לא פרופורציונלית.

סוכני כימיקלים חדשניים בשימוש

מעבר לחמצן ולקוגני כפייה קונבנציונליים, דור חדש של סוכנים כימיים פותח במטרה לכוון את המדבקות הספציפיות עם דיוק חסר תקדים.שלוש קטגוריות בולטות על ההשפעה הפוטנציאלית שלהם על אספקת מים עירונית.

המונחים: ccnomaterials

Graphene ו נגזרותיה (כלי מטריה גרף, oxide מופחת גרפן גרף, ו גרפן קוונטי dots) יש שטח משטח יוצא דופן (תיאורטית -2630 mveFLT:02FLT:1 /g), ניידות גבוהה אלקטרונים, וכימיה משטח טונה. בטיפול במים, חומרים אלה משמשים בעיקר זרזים או פרסומות.

  • (FLT:0) יישומי מתודולוגיה:FLT:1 Graphene מבוססי זרז יכול להפעיל persulfate או peroxymonosulfate לייצר רדיקלים סולפטים, אשר יעילים מאוד בחמצן חומרים אורגניים ב pH כמעט נייטרלי.
  • (FLT:0) אפשרות של מתכת כבדה: גרף 1 (functionalized גרפן תחמוצת oxide עם קבוצות המכילות חמצן (carboxyl, hydroxyl) יכול לקשור להוביל, קדמיום, וכספים ions באמצעות אינטראקציות אלקטרוסטטי ותיאום יכולות Sorption דיווחו בספרות להגיע 400-800 מ"ג / גרם עבור להוביל, בהתאם ל- pH ומתחרות.
  • (FLT:0)mbrane Enhancement:FLT:1 שילוב תחמוצת גרפן לתוך membranes פולימרי משפר את הידרופיליליות, התנגדות מפרה, ודחייה של contaminants אורגני.

למרות תוצאות מעבדה מבטיחות אלה, אתגרים נשארים בקנה מידה של סינתזה גרפן, מניעת הדבקה במבשלות מים אמיתיות, והערכה של אקוטוקניות לטווח ארוך.

⁇ Coagulants

קידוד סינתטי כמו אלומיניום ופוליקלמיד לייצר כמויות גדולות של פעמוני לא-בידוד כי יש להיפטר ממזומנים או מחוסנים. ביודלנטים שמקורם מקורות טבעיים מציעים אלטרנטיבה ידידותית לסביבה.

  • (FLT:0 צ'יטוסאן:FLT:1 מופק משיטין בפגזי קרום, Chitosan הוא פוליסקוקריצ'יד כי למעשה נקשר חלקיקים טעונים שלילי ומפרק חומר אורגני.זה נבדק בהצלחה על הבהרת מי הסערה העירוניים והסרת זעזועים, עם הסרת יעילות דומה לאלומיניום נמוך יותר.
  • (FLT:0) כוכבים המבוססים על סטארצ'ך: קיד 1 (FLT:1 ), עמימות ממונודות עם קבוצות אלקטרוניקה מבוכות (למשל, קבוצות אמוניום מרובע) מספקים ריצוף מתפתל דומה לפולימרים סינתטיים.מחקר ומוצרי מסחר (למשל, גרינפיטול) להוכיח כי קוגניפיטים המבוססים על כוכב יכול להפחית את הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת נפח של 30–50% ל- 30 עד 30.
  • (FLT:0) ⁇ מבוסס טין: ⁇ 1) מיצויים מן עץ bark (למשל, Acacia mearnsii) מכילים פוליפנולים טבעיים שניתן לשנותם כדי לפעול כמו coagulants.הם יעילים במיוחד להסרת צבע תגובתי ומתכות כבדות משפכים, מקור משמעותי באזורים עירוניים רבים.

אפשרויות ביו-דגרד אלה תואמים עם עקרונות כלכלה מעגליים על ידי הפקת פעוט שניתן להחזיר בבטחה לסביבה או לשמש כמשאב.

Reactive Dyes ו-Podmers

המונח "צבעים תגובתיים" כאן מתייחס לא לצבעי טקסטיל אלא לפולימרים פונקציונליים כימית וצבעים שנועדו ללכוד חומרים ספציפיים.חוקרים פיתחו chelating פולימרים עם קבוצות פונקציונליות (למשל, thiol, חומצה אינטוגנטית, בתוך תאוקסמה) אשר נקשרו באופן סלקטיבי של נגע מתכת כבד.

כמו כן, מודעות פולימריות עם חללים מעגליים לא ממובילים (מצטבר מכוכב) יכול לבודד מיקרופולטים אורגניים כמו bisphenol A ולאylphenol מ שפכים effluent. חומרים אלה מציעים את היתרון של להיות generable - ניקוי פשוט לשחזר את המודעות המזויפות ו-Reivates את המודעות bent, המאפשר שימוש חוזר ללא פסולת.

ברכבות טיפול במים עירוניים, סוכנים סלקטיבית אלה הם הטובים ביותר לפרוק ראשוני של חומר אורגני גדול ו מוצקות, מיקוד עקבות contaminants כי תהליכים אחרים לא יכולים ללכוד ביעילות.

שילוב עם שיטות פיזיות וביולוגיה

אף טיפול כימי יחיד אינו יכול לפתור את כל בעיות זיהום המים העירוניים.אסטרטגיות היעילות ביותר משלבות תהליכים כימיים, פיזיים וביולוגיים ברצףים מהונדסים הממקסמים סינרגיה ומפחיתות את התשואות.

כימיקלים כמו Pre-Treatment או Post-Treatment

חמצון כימי או coagulation הוא לעתים קרובות מיושם כצעד טרום טיפול כדי להפחית את העומס על כורים ביולוגיים.לדוגמה, אוזון נמוך או פאנטון צעד לפני ביולוגי membrane (MBR) יכול לשבור תרכובות מעכב ולשפר את פעילות הביומסה. , לאחר טיפול כימי צעד - כגון UV / AFP / aranal הסרת עקבות כגון קירור צמחים רבים עכשיו.

Membrane Bioreactors עם כימיקלים

ביולוגיים של Membrane משלבים השפלה ביולוגית עם סינון של membrane פיזי.הוספת אבקת פחמן מופעל או coagulants כימי ישירות bioreactor (נקרא "mbrane coagulation bioreactor" או MCBR) יכול להפחית membrane רעם ולהגדיל את הסרת תרכובות הידרופוביות.

Oxidation מתקדם עוקב אחר טיפול ביולוגי

השילוב הטמון של טיפול AOP וביולוגי – המכונה לעתים קרובות "תהליך כימי-ביולוגי" – המרחיב את נקודות החוזק של שניהם. AOP באופן חלקי מחמצן מחדש מולקולות של מזהמים למולקולות קטנות יותר, יותר בינוניים ביו-מעורפלים שניתן לאחר מכן להיות מינרלים בכור אווירובי במורד הזרם.

אתגרים וכיוונים עתידיים

בעוד טיפולים כימיים חדשניים מקיימים הבטחה גדולה, מכשולים משמעותיים נשארים לפני שהם הופכים לפרקטיקה סטנדרטית במערכות מים עירוניות.אתגרים אלה משתרעים על תחומים טכניים, כלכליים ורגולטוריים.

⁇ כימיקלים ומוצרים

כל תהליך כימי מייצר תוצרי לוואי של שאריות שעשויות להיות רעילות בעצמם. Ozonation יכול לייצר ברוקר - חשד לסרטן אנושי - במים עם פשרות טבעית. AOPs מבוסס Chlorine עשוי ליצור תרכובות אורגניות כלור. השימוש במכות מעבר (ברזל, נחושת) כמו זרזים יכולים להשאיר מתמוססים במכות ללא פיקוח קפדני על מחקר עתידי חייב להתמקד על ידי minimizing כימיה ירוקה ולפתח חלופות כימיות.

עלויות ואנרגיה

טיפולים כימיים מתקדמים, במיוחד AOPs, הם לעתים קרובות אנרגיה-רגישה.החשמל הנדרש עבור מנורות UV, דור אוזון, או תאים אלקטרוכימיים יכול להכפיל או משולש את העלות התפעולית בהשוואה לטיפול קונבנציונלי.כדאיות כלכלית תלויה בהקשר: ייתכן כי זה מוצדק לשימוש במים בעלי ערך גבוה בערים של מים, אך פחות עבור פריקות בסיסיות של אנרגיה.

השפעות אקולוגיות של חומרים חדשים

ננו-חומרים כמו תחמוצת גרפן וננו-חלקיקים מהונדסים חששות לגיטימיים לגבי שחרורם לסביבה.גורלם הארוך, התחבורה וההיקרות שלהם עדיין לא מבינים בצורה גרועה. מסגרות רגולטוריות לאישור כימיקלים חדשים לטיפול חייב לאזן בזהירות את החדשנות עם זהירות, במיוחד כאשר חומרים אלה משמשים ביישומים מים פתוחים (למשל, פריקה ישירה לגופים טבעיים).

משלוח כימי חכם וחיפוש בזמן אמת

כיוון עתידי מבטיח הוא פיתוח מערכות אספקה כימיות חכמות - פולימרים נטולי-תגובה או משככי-העצמים המבודדים המשחררים כימיקלים פעילים רק כאשר מופעלים על ידי ריכוז מסוים או שינוי pH.מערכות כאלה יכולות להפחית באופן דרמטי את השימוש הכימי ולשפר את ההתקדמות המקבילה ב ניטור בזמן אמת (למשל, חיישנים אלקטרו-כימיים, בדיקות פלואו-גיליות) מאפשרות לבצע אינטגרציה מדויקת של רשתות למידה אקטיבית וזיהוי של אלגוריתמים פעילים.

מדיניות ושיתוף פעולה

יישום טיפולים כימיים חדשניים בקנה מידה עירוני דורש שיתוף פעולה הדוק בין כימאים, מהנדסים סביבתיים, פקידי בריאות הציבור, וקובעי מדיניות. Standards for water reuse, גבולות השחרור עבור מורדים מתעוררים, ותמריצים לכימיה ירוקה חייבים להתפתח יחד. קבלה ציבורית של טיפולים מתקדמים (במיוחד לשימוש חוזר) נשאר מחסום לא רצוי הדורש תקשורת וחינוך שקוף.

מסקנה

זיהום מים עירוני הוא בעיה מורכבת ורב פנים הדורשת פתרונות מתוחכמים באותה מידה. טיפולים כימיים חדשניים - כולל תהליכי חמצון מתקדמים, זיהום משופר, ננו-חומרים מבוססי גרפן, קוגניקטנטים בעלי יכולת ביולוגית, וסוכני פולימרים סלקטיביים - כלים חזקים יותר להסרת זיהום אווירי מים מסורתיים, אך הם יכולים להתמודד ביעילות עם תהליכים פיזיים וביולוגיהיים בטיפול מתוכנן בקפידה, אלה יכולים לנווט במהירות את ההשפעות של כימיקלים מאובטחים, אך הם יכולים לענות על איכות בטוחה יותר ויותר, אך ורק על ידי טיפול מהיר יותר ויותר, אך טיפול כימי, אך מאפשר מענה יעיל יותר ויותר בטוח, אך יעיל יותר ויותר, אך טיפול פסיכולוגי, אך מאפשר מענה יעיל יותר ויותר, תוך כדי טיפול יעיל יותר ויותר, תוך כדי טיפול מהיר, טיפול יעיל יותר ויותר, טיפול פסיכולוגי, אך מאפשר מענה, טיפול מהיר, טיפול יעיל יותר ויותר, טיפול יעיל של בטיחותי, טיפול יעיל של בטיחותי, אך יעיל של בטיחותי, טיפול יעיל של בטיחותי, אך יעיל של מים שאפתני, תוך כדי שיפור יעיל יותר ויותר, תוך כדי שיפור יעיל יותר ויותר, טיפול פסיכולוגי, טיפול פסיכולוגי, תוך כדי שיפור יעיל, תוך כדי שיפור יעיל של בטיחותי, תוך כדי טיפול יעיל יותר ויותר, מאפשר מענה, תוך כדי שיפור יעיל יותר ויותר, טיפול יעיל יותר ויותר, אך

(ב) [ה] לקראת יתר, תייעץ עם ההנחיות של ה- 1FLT:1 , WHO ל- שתיית מים איכות מים:2 ו-FLT 3: מקורות הסביבה של מים, קונסולת 4 על טכנולוגיות טיפול מתקדמות.