טכניקות מתקדמות לטיפול בגורמים תעשייתיים עם עומס רעיל גבוה

הקדמה: האתגר הצומח של אקופורטים תעשייתיים בעלי חשיבות גבוהה

פסולת תעשייתית המכילה עומסים רעילים גבוהים - מתכות כבדות, מטעני אורגניים מתמשכים, תרכובות נשגבות כימיות מורכבות - מהווה איום קריטי על מערכות אקולוגיות ובריאות האדם.רכבת טיפול מסורתי, כגון סלדג' פעיל ומשקעים כימיים, לעתים קרובות נכשל לעמוד בתקני פריקה מחמירים עבור זרמים מאתגרים אלה.ההשלכות הן חמורות: זיהום מים, בידוד ביולוגי בשרשרת מזון, ואסטרטגיות מתקדמות יותר, כולל אינטגרציה גבוהה יותר.

טיפול יעיל של פסולת רעילה גבוהה דורש גישה רב-תחומית.אין טכנולוגיה אחת מספיקת באופן אוניברסלי.במקום, שילוב של תהליכים פיזיים, כימיים וביולוגיים – לעתים קרובות מסודרים ברצף מותאם – מה שהופך את הדרך הטובה ביותר להשיג ניקוי כמעט שלם.הסעיפים הבאים לחקור את השיטות היעילות ביותר, מתהליכי חמצון מתקדמים ועד מערכות ביו-אלקטרוניקה היברידיות-אלקטרוניקה, יישומים אמיתיים ומציאותיים.

תהליכי Oxidation מתקדמים (AOPs)

תהליכי חמצון מתקדמים מייצרים מינים רדיקליים מאוד תגובתיים, בעיקר רדיקלים הידרוקסיל (OH), אשר שאינם מזהמים באופן אלקטרוני טווח רחב של אבקות אורגניות ולא אורגניות.לקיצוניים אלה יש פוטנציאל חמצון של V, שנייה רק כדי פלואורין, המאפשר להם לשבור אפילו את המולקולות הרותניות ביותר.

AOPs מבוססות אוזון

(O3) לבדה הוא חמצון חזק, אבל יעילותו עולה באופן דרמטי כאשר בשילוב עם קרינה UV או מימן peroxide (H2O2). תהליך O3 / UV מייצרת רדיקלים hydroxyl באמצעות decomposition photolytic של יישומים תעשייתיים כולל טיפול פסולת טקסטיל עם צבע גבוה ו-CO (ביקוש חמצן כימי), ו degrading phenolic in aphosual תרכובות אופייניות עבור זיהום סביבתית של UOPS:

Panton and Photo-Fenton Processes

התגובה פנטון הקלאסית משתמשת בברזל מפרה (Fe2+) כדי לזרז מימן peroxide decomposition, ייצור רדיקלים הידרוקסיל.הגרסה photo-Fenton מציגה אור UV / בלתי נראה כדי לחדש את Fe2+ לייצר אופטימיזציה נוספים, שיפור משמעותי באמצעות חישוב.תהליכים אלה יעילים מאוד עבור זרמים תעשייתיים בינוניים עד גבוה COD, כגון לנגט אווירי אווירי ו- 23.52 יעיל עבור ביצועים מדויקים.

צילום: Photocatalysis

Semiconductor photocatalysts, במיוחד titanium דו-חמצני (TiO2), סופג אור UV כדי ליצור אלקטרונים-hole זוגות המניעים חמצון ותגובות מופחתות. Titania-based photocatalytics הוכיחו הצלחה בהסרת מתכות כבדות (למשל, Cr(VI) ירידה ב Crscale(III) ומינרלים רעלים אורגניים אחרונים כוללים doping עם non-metalals (nance) פעילות אופטית (nitro) לצמצום יעילות לצריכת אנרגיה אופטית יותר ויותר.

Membrane Filtration Technologies

תהליכי Membrane מספקים חסמים פיזיים אשר משיגים סלקטיביות גבוהה עבור מתמוססים ומשעה contaminants.הם מודולריים, קומפקטיים, וניתן לשלבם בתחנות טיפול קיימות. טכנולוגיות מפתח עבור משככי כיונות עתיריות גבוהות כוללות חדירה (UF), ננומטציה (NF), ו-NF לאחור (RO).

כוונון ו-Nanofiltration

UF membranes (חומר בגודל 0.01-0.1 μm) למעשה להסיר מוצקות מושעה, חלקיקים קולונואידים, חומר אורגני מקרומולקולרי. הם משמשים כצעד טרום טיפול עבור NF או RO, הגנה על membranes במורד הזרם מרעישת NF 90 גרם להפחתה של נפח אורגני (גודל כפול) דוחה דיפרנציות ערך (למשל, כבד כמו מתכות גדולות יותר, C2 ליטר) עבור נפח מתכת נמוך יותר, 000 גרם).

verse Osmosis

(הרובדים של RO MEMbranes להשיג את שיעורי הדחייה הגבוהים ביותר (>99% עבור רוב השדות והמולקולות האורגניות), לייצר מים מטוהרים המתאימים לשימוש חוזר.עם זאת, RO הוא רגיש ובעל רגישות למזעור על ידי מפגעים אורגניים ומדפיפות.עבור הרעלת רעילות גבוהה, RO הוא בדרך כלל להציב צעד מכריע לאחר טיפול תרופתי או ביולוגי.

Membrane Bioreactors (MBRs)

MBRs משלב טיפול ביולוגי עם סינון membrane, המאפשר ריכוזי ביומסה גבוהה והפרדה מוצק-liquid מעולה. עבור effluents רעיל, MBRs עם קונסוררציה מיקרוביאלית מותאם יכול להשיג הסרה משמעותית של אורגנים biodegradable בעוד membrane לשמור חלקיקים רעילים.

ביו-אזהרה ו Bioaugment

טיפול ביולוגי נשאר האפשרות היעילה ביותר עבור degrading אורגנימזהמים, אבל עומסים רעילים גבוהים יכולים לעכב פעילות מיקרוביאלית. אסטרטגיות ביו-ריגול מתקדמות להתגבר על זה באמצעות מיקרואורגניזמים מיוחדים, זנים מהונדסים גנטית, וסביבות מבוקרות.

המונחים: Specific Strains

(ב) , למשל, יש צורך בהעלאת זנים חיידקיים או קונסורציה עם יכולת מוכחת לטבול רעלים מטרה (למשל, זנים של FLT:0PseudomonasFLT:1, FLT:2Bacillus) להגביר את פליטת הפחמן (FLT) 3, ו-FLT:4RhodoccusFLT:5 כבר פורקו עבור degrading cligicerated-R) כדי למנוע כימיקלים ו-Riogicercercercergation (מחדש)

המונחים: fungal bioremediation

לבן-גזר פטריות, כגון FLT:0 [Phanerochaete chrysosporiumFLT 1, לייצר תוספת של lignin peroxidases ו laccases אשר יכול לדגום ספקטרום רחב של אורגנים של recalcitrant, כולל dioxins ופוליצ'רין biphenyls (PCBgal) פועל ב pH רחב של ותרם יכול להיות יותר כדי לשלב את ההשפעות של חיידקים יותר.

המונחים:

Phytoremediation משתמשת צמחים מימיים (למשל, מים hyacinth, ברווזושב, בנוי צמחייה רטובה) כדי לעקוף, quester, או metabolizeמזהמים.זה גישה נמוכה, פסיבית מתאימה לזרמים מלוטשים עם רעילות בינונית. Hyperaccumulator יכול להתרכז מתכות כבדות ברקמות שלהם, להקלה ונקב מחדש עם שדות מוקשים בהצלחה.

שיטות טיפול אלקטרוניכימי

טכניקות אלקטרו-כימיות חלות זרם ישיר או משנה כדי ליצור ב- oxidants או להפחית סוכנים, או לגרום העברת אלקטרונים ישירה על פני השטח אלקטרודה.הם מציעים שליטה מדויקת, ללא שיתוק כימי (בכמה תצורה), והתאמה לתנאי זרימה משתנים.

אלקטרוקוגניציה

באלקטרוקוגניציה, אלקטרודות מתכת הקרביות (aluminum או ברזל) לשחרר את צנייני coagulant כי destabilize קולונואידים. Simultanely, בועות גז (H2, O2) לקדם flotation.התהליך מסירים העומסים מושעה מוצקות, מאגרי אנרגיה כבדים, וממסים כמה אורגנים.

אלקטרוקסידציה

אלקטרוקסידציה משתמשת ב-Inert aodes (למשל, יהלום בורון-דופד, Ti/PbO2, Ti/SnO2) כדי ליצור רדיקלים הידרוקסיל או מינים פעילים אחרים של חמצן פעיל. זה יכול לחלוטין למינרל רעלים אורגניים, כולל אלה עמידים ל-AOPs. Boron-do-doed Diamonddes מציעים את הפוטנציאל החמצן הגבוה ביותר ויציבות, מהטיפול בהם הם מתקדמים יותר, אך ורק בקרנות פולינזימות, אך ורק בדלק, אך ורק בדלקים מתקדמים יותר מאשר שיטות מסורתיות.

אלקטרודיאליזה ו- Capacitive Deionization

אלקטרודיאליזה (ED) משתמשת קרום-שינוי תחת שדה חשמלי כדי להפריד cations ו anions. זה יעיל להסרת מלחים מומס ומתכות משפכים, המאפשרת ניתוק מים. Capacitive deionization (CDI) מסתמכת על אלקטרוסורציה ב אלקטרודות פחמן ⁇ , צריכת פחות אנרגיה עבור סליניות נמוכה עד בינוני.

מערכות טיפול היברידיות ואינטגראלי

בהתחשב המורכבות של משככי כיעילים גבוהים, מערכות היברידיות כי זוגות טכנולוגיות שונות לעתים קרובות להשיג ביצועים מעולים.

• (FLT:0)AOP-Membrane אינטגרציה: ההרחבה 1:1 (Pre Treatmentment with ozone או Fenton) מפחיתה פגיעה אורגנית ב-RO/NF קרומברנס ומדכאות רעלים שאחרת יעברו. AOPs ניתן להציב את הזרם או כצעד בין יחידות membrane.
• (FLT:0) Electrocoagulation-Bioremediation:FLT ( 1:1 אלקטרוקוגניציה מסיר מתכות כבדות ומפחית רעילות, ומאפשר טיפול ביולוגי לאחר מכן כדי להתמודד ביעילות עם אורגנים שנותרו ביהדות ביולוגית.
• (FLT:0) photocatalysis-MBR:FLT:1 משלב photocatalysis עם ביולוגי membrane מספק מערכת קומפקטית שבה photocatalyst נשמר על ידי membrane, המאפשר הפעלה רציפה.הסינרגיה בין חמצון רדיקלי לבין השפלה ביולוגית משפרת את ההסרה הכוללת של תרכובות של סטיות.

עיצובים משולבים אלה דורשים אופטימיזציה זהירה של פרמטרים תפעוליים, כולל pH, טמפרטורה, שערי זרימה, ודינמיקה כימית מינון. Computational נוזל דינמי (CFD) מודלים משמש יותר ויותר לתכנון תצורה יעילה של כור עבור מערכות היברידיות.

טכנולוגיות מתפתחות וטייס-Scale Technologies

התחום ממשיך להתפתח, מספר טכנולוגיות מתפתחות נמצאות בשלבים שונים של מוכנות מסחרית:

• טיפול מבוסס על PH:0 (Plasma- Based Treatment:FLT:1 פלסמה לא-thermal מייצרת מינים תגובתיים (OH, O3, H2O2) ללא חימום רב. pd כלואה וכורים מפלטי מחסום דיאלקטריים נבדקים עבור חומרי הדברה-לאדן effluents ופסולת בית חולים.
• (FLT:0) Super Critical Water Oxidation (SCWOVER): מעל 374 מעלות צלזיוס ו 22.1 MPa, מים הופכים לנוזל ביקורתי עם תכונות ייחודיות של ממסים.SCWO משיג חמצון מוחלט של תרכובות אורגניות בתוך שניות, משאיר רק מים, CO2, ו- inorganues.זה אידיאלי עבור פסולת רעילה מאוד, אבל דורש זרם גבוה של הון ומוצרים עמידים.
• (FLT:0) Bioelectrochemical Systems:FLT:1 תאי דלק מיקרוביאליים (MFCs) ותאים אלקטרוליטיים מיקרוביאליים (MECs) משתמשים בחיידקים אלקטרואקטיביים כדי להפחית את האורגנים תוך יצירת חשמל או מימן. בעודם עדיין במידה רבה בקנה מידה, מערכות אלה מציעים את הפוטנציאל לטיפול חיובי באנרגיה של חומרים תעשייתיים מסוימים.

נהגים ושיקולים כלכליים

תקנות Stricter הן דחיפה העיקרית לאימוץ טיפול מתקדם.EPA ארה"ב פרסמה הנחיות וסטנדרטים לעשרות קטגוריות תעשייתיות, בעוד שטכניקת השימוש הטובה ביותר של האיחוד האירופי (BAT) ממסמכים מציינים את יעילות ההסרה הנדרשת עבור מגזרים ספציפיים.לא תגמולים לא ניתן להיות חמורים, כולל קנסות השקעה וסגורות תפעוליות.

ארגון הבריאות העולמי (FLT) מדגיש את הקשר בין ניהול יעיל תעשייתי לבריאות הציבור, במיוחד באזורים מתפתחים שבהם ייתכן כי מנגנוני מימון בינלאומיים תומכים בהעברה של טיפול במים מתקדמים בכלכלות מתפתחות.

אסטרטגיה יעילה

עבור מתקן עיצוב רכבת טיפול עבור הרעלת עתיר, השלבים הבאים מומלץ:

1. (ב) ⁇ :0) ,(ההכפייה: ⁇ ⁇ :1) , קומפוזיציה כימית Determine, רעילות (למשל, מיקרוטוקס אסאמר), תכונות ספקטרליות וחוסנות לאורך זמן.
2. (FLT:0) ,Define Treatment Goals:FLT:1) הקימה את יעילות הסרת היעד לפרמטרים כגון COD, BOD, סך הכל מושעה מוצקות, מתכות כבדות, תרכובות אורגניות ספציפיות, ו רעילות חריפה.
3. (FLT:0Select a Treatment Train:FLT:1מחה על פרופיל הפסולת, בחר שילוב של ראשוני (הסתננות, שוויון), משני (ביולוגי או כימי), וטרנטינרי (membrane, AOP) תהליכים.
4. (FLT:0) ניסויים טייסים:FLT:1) לבחון את הטכנולוגיות שנבחרו בתנאים ספציפיים לאתר. הערכת ביצועים, צריכת אנרגיה, שימוש כימי, ודור מכווץ.
5. (FLT:0)Scale Up and Optimize:FLT:1 השתמש בנתונים של טייס כדי לעצב יחידות בקנה מידה מלא. משלבים מערכות ניטור ובקרה בזמן אמת כדי לטפל בתנודות.
6. (FLT:0)Plan for Residual Management: FIRLT:1) כתובת פעימה, טונים או מודעות מותשות.חשב התאוששות של מתכות יקרות ערך או אנרגיה מ שאריות שבהן ניתן.

מסקנה

טיפול באפקטים תעשייתיים עם עומס רעיל גבוה דורש גישה מתוחכמת ורבת פנים. תהליכי חמצון מתקדמים, סינון membrane, ביו-remediation, ושיטות אלקטרוכימיות כל אחד מביא כוחות נפרדים, והשילוב שלהם במערכות היברידיות מניב את התוצאות היעילות ביותר ויעילות יותר ויותר.