اکسیداسیون پیشرفته با ازن (AOP): فناوری نوین در تصفیه آب و فاضلاب

مقدمه

با افزایش آلایندههای صنعتی و شیمیایی در آبهای سطحی و زیرزمینی، نیاز به روشهای تصفیه کارآمدتر بیش از پیش احساس میشود. اکسیداسیون پیشرفته با ازن (Advanced Oxidation Process – AOP) یکی از مؤثرترین فناوریها برای تجزیه آلایندههای مقاوم مانند ترکیبات آلی پیچیده، داروها، آفتکشها و مواد شیمیایی خطرناک است. این روش با تولید رادیکالهای هیدروکسیل (•OH) بسیار واکنشپذیر، آلایندهها را به ترکیبات بیخطر یا قابل تجزیه بیولوژیکی تبدیل میکند. در این مقاله، به بررسی اصول عملکرد، مزایا، معایب و کاربردهای AOP مبتنی بر ازن میپردازیم.

---

1. اکسیداسیون پیشرفته با ازن (AOP) چیست؟

AOP به مجموعهای از فرآیندهای شیمیایی اطلاق میشود که با تولید رادیکالهای هیدروکسیل، آلایندههای آلی و معدنی را اکسید میکنند. ازن (O₃) بهعنوان یک اکسیدان قوی، در ترکیب با عوامل کاتالیزوری مانند پراکسید هیدروژن (H₂O₂)، اشعه فرابنفش (UV) یا کاتالیستهای نیمهرسانا، رادیکالهای آزاد تولید میکند که قدرت اکسیداسیون بسیار بالاتری نسبت به ازن خالص دارند.

انواع روشهای AOP مبتنی بر ازن:

• ازن/پراکسید هیدروژن (O₃/H₂O₂)

• ازن/فرابنفش (O₃/UV)

• ازن/کاتالیست (O₃/Catalyst)

• ازن/اولتراسونیک (O₃/US)

---

2. مکانیسم عملکرد AOP با ازن

فرآیند اکسیداسیون پیشرفته با ازن در چند مرحله انجام میشود:

الف) تولید ازن

ازن به کمک ژنراتورهای ازن با استفاده از اکسیژن خالص (O₂) یا هوا تولید میشود:

3O2→2O33O2​→2O3​

ب) فعالسازی ازن و تولید رادیکال هیدروکسیل

ازن در حضور محرکهایی مانند UV یا H₂O₂ تجزیه شده و رادیکال •OH تولید میکند:

O3+H2O2→•OH+O2O3​+H2​O2​→•OH+O2​O3+UV→O2+O•→•OHO3​+UV→O2​+O•→•OH

ج) اکسیداسیون آلایندهها

رادیکالهای هیدروکسیل با آلایندههای آلی واکنش داده و آنها را به ترکیبات سادهتر (CO₂، H₂O و اسیدهای معدنی) تجزیه میکنند:

$$•OH+آلاینده\to محصولاتبیخطر$$

د) تصفیه نهایی

پس از اکسیداسیون، ممکن است از فیلتراسیون یا جذب سطحی برای حذف باقیمانده مواد استفاده شود.

---

3. مزایای اکسیداسیون پیشرفته با ازن

✅ حذف آلایندههای مقاوم: تجزیه ترکیباتی که در روشهای معمول تصفیه نشدهاند (مانند داروها، هورمونها و PFAS).
✅ سرعت بالای واکنش: رادیکالهای هیدروکسیل در کمتر از چند ثانیه آلایندهها را تخریب میکنند.
✅ عدم تشکیل لجن مضر: برخلاف روشهای شیمیایی مانند انعقاد، محصولات جانبی جامد ایجاد نمیکند.
✅ کاهش بو و رنگ: مؤثر در حذف ترکیبات بودار و رنگزا از آب.
✅ سازگاری با محیط زیست: محصول نهایی معمولاً آب، دیاکسید کربن و نمکهای معدنی است.

---

4. معایب و چالشهای AOP با ازن

❌ هزینه بالای راهاندازی: ژنراتورهای ازن و سیستمهای UV هزینهبر هستند.
❌ مصرف انرژی زیاد: تولید ازن و تابش UV به انرژی الکتریکی قابل توجهی نیاز دارد.
❌ تشکیل محصولات جانبی: در برخی موارد، ترکیبات حدواسط سمی مانند برومات و آلدئیدها ممکن است تشکیل شوند.
❌ نیاز به کنترل دقیق: بهینهسازی دوز ازن و عوامل کاتالیزوری ضروری است.

---

5. کاربردهای AOP با ازن

الف) تصفیه آب آشامیدنی

• حذف آلایندههای میکروبی و شیمیایی

• کاهش طعم و بوی نامطبوع

ب) صنایع غذایی و دارویی

• تجزیه باقیمانده آنتیبیوتیکها و هورمونها در فاضلاب صنعتی

• ضدعفونی خطوط تولید

ج) صنایع شیمیایی و پتروشیمی

• تصفیه پسابهای حاوی فنول، هیدروکربنها و حلالهای آلی

د) بازیافت آب خاکستری و صنعتی

• استفاده مجدد از آب در صنایع نساجی و الکترونیک

---

6. مقایسه AOP با سایر روشهای تصفیه

---

7. نتیجهگیری

اکسیداسیون پیشرفته با ازن (AOP) یک فناوری قدرتمند برای مقابله با آلایندههای نوظهور در آب و فاضلاب است. اگرچه هزینه اجرای آن نسبت به روشهای متعارف بالاتر است، اما توانایی منحصربهفرد آن در تخریب ترکیبات سمی و مقاوم، آن را به گزینهای ایدهآل برای صنایع پیشرفته تبدیل کرده است. با توسعه فناوریهای کممصرف و کاتالیستهای کارآمد، انتظار میرود استفاده از AOP در سالهای آینده گسترش یابد.

سؤالات متداول (FAQ)

🔹 آیا AOP برای تصفیه خانههای کوچک مقرونبهصرفه است؟
خیر، این روش معمولاً برای صنایع و تصفیهخانههای بزرگ که نیاز به حذف آلایندههای خاص دارند، مناسبتر است.

🔹 آیا ازن باقیمانده در آب خطرناک است؟
بله، ازن اضافی باید قبل از مصرف آب تجزیه یا حذف شود تا برای سلامت انسان مضر نباشد.

🔹 آیا AOP میتواند میکروپلاستیکها را حذف کند؟
بله، برخی مطالعات نشان دادهاند که AOP میتواند ذرات میکروپلاستیک را تجزیه کند، اما به تحقیقات بیشتری نیاز است.

🔹 عمر مفید دستگاههای تولید ازن چقدر است؟
ژنراتورهای ازن با نگهداری مناسب معمولاً بین ۱۰ تا ۱۵ سال عمر میکنند.

امیدواریم این مطلب اطلاعات جامعی درباره اکسیداسیون پیشرفته با ازن ارائه کرده باشد. برای استعلام قیمت و طراحی سیستمهای AOP، با متخصصان تصفیه آب تماس بگیرید.