الأكسدة الرطبة

📅 آخر تحديث: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

الأكسدة الرطبة هي شكل من أشكال المعالجة الحرارية المائية. وهي أكسدة المكونات المذابة أو المعلقة في الماء باستخدام الأكسجين كمؤكسد . ويُشار إليها بالأكسدة الرطبة بالهواء (WAO) عند استخدام الهواء . تحدث تفاعلات الأكسدة في الماء فائق التسخين عند درجة حرارة أعلى من درجة غليان الماء العادية (100 درجة مئوية)، ولكن أقل من النقطة الحرجة (374 درجة مئوية).  

يجب الحفاظ على النظام تحت ضغط لتجنب التبخر المفرط للماء. ويتم ذلك للتحكم في استهلاك الطاقة الناتج عن الحرارة الكامنة للتبخر . كما أن وجود الماء السائل ضروري لحدوث معظم تفاعلات الأكسدة. تتأكسد المركبات في ظروف الأكسدة الرطبة التي لا تتأكسد في الظروف الجافة عند نفس درجة الحرارة والضغط.

تُستخدم عملية الأكسدة الرطبة تجارياً منذ حوالي 60 عاماً، وتُستخدم بشكل أساسي لمعالجة مياه الصرف الصحي. ويُشار إليها غالباً باسم "زيمبرو" (اختصاراً لـ "عملية زيمرمان")، نسبةً إلى فريد ج. زيمرمان الذي قام بتسويقها في منتصف القرن العشرين. [ 1 ]

وصف النظام

تستخدم الأنظمة التجارية عادةً مفاعل عمود الفقاعات ، حيث يُضخ الهواء عبر عمود رأسي مملوء بمياه الصرف الصحي الساخنة والمضغوطة. تدخل مياه الصرف الصحي النظيفة من أسفل العمود، بينما تخرج مياه الصرف الصحي المؤكسدة من أعلاه. وتُستخدم الحرارة المنبعثة أثناء عملية الأكسدة للحفاظ على درجة حرارة التشغيل.

تُعدّ عملية الأكسدة المائية (WAO) تفاعلاً في الطور السائل يستخدم الأكسجين المذاب في الماء لأكسدة ملوثات مياه الصرف الصحي. يُزوّد ​​الأكسجين المذاب عادةً باستخدام الهواء المضغوط، ولكن يمكن استخدام الأكسجين النقي أيضاً. يحدث تفاعل الأكسدة عموماً عند درجات حرارة معتدلة تتراوح بين 150 و320  درجة مئوية، وضغوط تتراوح بين 10 و220 بار. تحوّل هذه العملية الملوثات العضوية إلى ثاني أكسيد الكربون والماء وأحماض عضوية قصيرة السلسلة قابلة للتحلل الحيوي. أما المكونات غير العضوية، مثل الكبريتيدات والسيانيدات، فتتحول إلى مركبات غير عضوية غير متفاعلة.

في تفاعل الأكسدة الرطبة، تتحلل الجزيئات العضوية المعقدة، بما في ذلك المركبات المقاومة للتحلل البيولوجي، إلى مركبات عضوية أبسط أو إلى حالة معدنية كاملة (CO₂ ، NH₃ ، Cl⁻ ، SO₄²⁻ ، PO₄³⁻ ) . قد تحتوي مخلفات الأكسدة الرطبة على مركبات عضوية بسيطة، مثل الأحماض الكربوكسيلية ذات الوزن الجزيئي المنخفض ، ونواتج التفاعل المعدنية. لهذا السبب، تتطلب هذه المخلفات عادةً معالجة لاحقة قبل تصريفها. تتميز مخلفات الأكسدة الرطبة بسهولة تحللها البيولوجي، وتُظهر نسبًا عالية من BOD : COD . تُستخدم تقنيات المعالجة القياسية، مثل المعالجة البيولوجية بالحمأة المنشطة، عادةً مع الأكسدة الرطبة لتحقيق معالجة كاملة. [ ٢ ]

يمكن استخدام المحفزات في نظام الأكسدة المائية لتحسين المعالجة وتحقيق معدل أعلى لتدمير الطلب الكيميائي للأكسجين. وقد استُخدمت محفزات متجانسة وغير متجانسة. تعتمد المحفزات غير المتجانسة على معادن ثمينة مُرَسَّبة على ركيزة مستقرة، بينما تعتمد المحفزات المتجانسة على معادن انتقالية مُذابة. تستخدم العديد من العمليات، مثل Ciba-Geigy وLOPROX وATHOS، محفزات متجانسة. [ 3 ] [ 4 ] كما أثبتت المحفزات المعدنية المختلطة، مثل Ce/Mn وCo/Ce وAg/Ce، فعاليتها في تحسين المعالجة في نظام الأكسدة المائية. [ 5 ]

كان نظام "عملية فيرتك" نوعًا خاصًا من عمليات الأكسدة الرطبة. وقد عمل هذا النظام في مدينة أبيلدورن بهولندا بين عامي 1994 و2004. تم تركيب النظام في وعاء ضغط تحت الأرض (يُسمى أيضًا وعاء ضغط بالجاذبية أو GPV). وتم توفير الضغط عن طريق تغذية المادة إلى مفاعل على عمق 1200 متر (3900 قدم) . كما عمل مفاعل العمود العميق كمبادل حراري، لذا لم تكن هناك حاجة إلى التسخين المسبق. بلغت درجة حرارة التشغيل حوالي 270 درجة مئوية مع ضغط حوالي 100 بار (1500 رطل لكل بوصة مربعة) . تم إيقاف تشغيل المنشأة في نهاية المطاف بسبب مشاكل تشغيلية. [ 6 ] [ 7 ]   

التطبيقات التجارية

معالجة المواد الكاوية المستهلكة

تُستخدم غالبية أنظمة الأكسدة الرطبة التجارية لمعالجة مياه الصرف الصناعي، مثل تيارات الصودا الكاوية المستهلكة المحملة بالكبريتيد من إنتاج الإيثيلين وغاز البترول المسال، بالإضافة إلى الصودا الكاوية المستهلكة النفثينية والكريسيلية من تطبيقات المصافي.

تصنيفدرجة حرارة

(ضغط)

معالجة المركبات
قليل110-150  درجة مئوية

(2-10 بار)

الكبريتيدات التفاعلية
منتصف200-220  درجة مئوية

(20-45 بار)

الكبريتيدات، المركابتانات
عالي240-260  درجة مئوية

(45-100 بار)

أحماض النفثينيك والكريزيلية، والكبريتيدات، والمركابتانات

التصنيف النموذجي لأنظمة معالجة WAO. [ 8 ]

تقوم أنظمة الأكسدة المائية ذات درجة الحرارة المنخفضة بأكسدة الكبريتيدات إلى ثيوسلفات وكبريتات، ولكن تركيزات عالية من الثيوسلفات موجودة في المياه المعالجة. أما أنظمة درجة الحرارة المتوسطة فتؤكسد الكبريتيدات بالكامل إلى كبريتات، وتؤكسد المركابتانات إلى أحماض سلفونيك. بالنسبة للمحاليل الكاوية المستهلكة الكبريتيدية، ينتج عن ذلك انخفاض كبير في الطلب الكيميائي على الأكسجين (أكثر من 90%). تُستخدم أنظمة درجة الحرارة العالية لأكسدة المركبات العضوية الموجودة في المحاليل الكاوية المستهلكة النفثينية والكريزيلية.

معالجة حمأة الصرف الصحي

تُستخدم أنظمة مماثلة تقريبًا لمعالجة المواد الصلبة الحيوية ، بهدف بسترتها وتقليل حجم المواد المراد التخلص منها. تتم المعالجة الحرارية عند درجات حرارة تتراوح بين 210 و240  درجة مئوية. يمكن معالجة معلق يحتوي على 4% من المواد الصلبة الجافة في نظام معالجة المياه بالزيوت حيث يتم تعقيمه، ويمكن تجفيف السائل المعالج إلى 55% من المواد الصلبة الجافة باستخدام مكبس ترشيح. [ 4 ]

تطبيقات أخرى

كما تم استخدام الأكسدة بالهواء الرطب لمعالجة مجموعة متنوعة من مياه العمليات الصناعية ومياه الصرف الصحي الأخرى والتي تشمل:

النفايات الخطرة [ 9 ]

• مثبطات الهيدرات الحركية (KHI) من المياه المنتجة [ 10 ]

· مياه الصرف الصحي من بوليول إيثر/ستايرين مونومر (POSM) [ 11 ]

· محلول الأم لبلورة كبريتات الأمونيوم [ 11 ]

• مياه الصرف الصحي الصيدلانية [ 11 ]

· مياه الصرف الصحي المحتوية على السيانيد [ 11 ]

تجديد الكربون المنشط المسحوق [ 11 ]

انظر أيضاً

مراجع

  • زيمرمان، ف. التخلص من النفايات ، براءة اختراع أمريكية رقم 2665249، 1950.
  • ميشرا، ف.؛ ماهاجاني، ف.؛ جوشي، ج. "أكسدة الهواء الرطب"، الهندسة الكيميائية الصناعية ، 34 ، 2-48، 1995.
  • موغانز، سي.؛ إليس، سي. "الأكسدة بالهواء الرطب: مراجعة للمعالجة الحرارية المائية التجارية دون الحرجة"، المؤتمر الدولي السنوي الحادي والعشرون لتقنيات الحرق والمعالجة الحرارية، نيو أورليانز، 13-17 مايو 2002. ورقة بحثية تاريخية صادرة عن منظمة الأكسدة بالهواء الرطب.
  • باتريا، ل.؛ موغانس، س.؛ إليس، س.؛ بلخودجا، م.؛ كريتينوت، د.؛ لوك، ف.؛ كوبا، ب. "عمليات الأكسدة بالهواء الرطب"، عمليات الأكسدة المتقدمة لمعالجة المياه ومياه الصرف الصحي ، محرر إس. بارسونز، الصفحات 247-274. 2004، دار نشر IWA.
  • جيوديتشي، د.؛ موغانز، س. "تحسين التخليق الصناعي لميثيل ميثاكريلات باستخدام عملية الأكسدة بالهواء الرطب (WAO)"، ورقة بحثية من جمعية مصنعي ميثيل ميثاكريلات حول عملية الأكسدة بالهواء الرطب (MMA WAO ).
  1. ↑ "تاريخ زيمبرو" . تم الاطلاع عليه في 4 فبراير 2010 .
  2. ↑ كومفر، ب.؛ ليمان، د. الأكسدة بالهواء الرطب لتدفقات النفايات الصيدلانية التي يصعب معالجتها. ممارسة المياه 2007، 2 ، 1-11.
  3. ↑ ليفيك، ج.؛ ألبين، ب. عمليات الأكسدة التحفيزية بالهواء الرطب: مراجعة. التحفيز اليوم . 2007 ، 124 ، 172-184.
  4. 1 2 لاك، ف. أكسدة الهواء الرطب: الماضي والحاضر والمستقبل. التحفيز اليوم 1999 ، 53 ، 81-91.
  5. ↑ سيلفا، أ.؛ ماركيز، ر.؛ كوينتا-فيريرا، ر. محفز قائم على أكسيد السيريوم للأكسدة الرطبة لحمض الأكريليك للوقاية من المخاطر البيئية. التحفيز التطبيقي 2004 ، 47 ، 269-279.
  6. ↑ بهارجافا، إس كيه؛ تاردو، جيه؛ براساد، جيه؛ فولجر، كيه؛ أكوليكار، دي بي؛ جروكوت، إس سي. الأكسدة الرطبة والأكسدة الرطبة التحفيزية. مجلة الهندسة الكيميائية والبحوث الصناعية 2006 ، 45 ، 1221-1258.
  7. ↑ كولاكزكوفسكي، إس تي؛ بلوتشينسكي، بي؛ بلتران، إف جيه؛ ريفاس، إف جيه؛ ماكلورغ، دي بي. الأكسدة بالهواء الرطب: مراجعة لتقنيات العمليات وجوانب تصميم المفاعل. مجلة الهندسة الكيميائية 1999، 73 ، 143-160.
  8. ↑ كومفر، ب.؛ كلارك، م. "أكسدة الهواء الرطب للمواد الكاوية المستهلكة في مصافي البترول"، المؤتمر الدولي للمياه (IWC)، سان أنطونيو، تكساس، 4-8 نوفمبر 2012.
  9. ↑ هايمبوش، ج.؛ ويلهلمي، أ. الأكسدة بالهواء الرطب - وسيلة لمعالجة تيارات النفايات الخطرة المائية. مجلة المواد الخطرة . 1985 ، 12 ، 187-200.
  10. ↑ كومفر، ب.؛ كلارك، م.؛ كوك، س.؛ جارزا، ت.؛ جاكسون، س. "معالجة المياه المنتجة التي تحتوي على هيدرات البوتاسيوم بواسطة الأكسدة بالهواء الرطب"، المؤتمر الدولي حول هيدرات الغاز (ICGH)، بكين، الصين، 28 يوليو - 1 أغسطس 2014.
  11. 1 2 3 4 5 باتريا، ل.؛ موغانز، س.؛ إليس، س.؛ بلخودجا، م.؛ كريتينوت، د.؛ لوك، ف.؛ كوبا، ب.؛ عمليات الأكسدة بالهواء الرطب. في عمليات الأكسدة المتقدمة لمعالجة المياه ومياه الصرف الصحي ، بارسونز، س.؛ دار نشر IWA: لندن، 2004، 247-274.