- المبادئ الأساسية وآليات التفاعل
تستخدم تقنية الأكسدة المتقدمة من فينتون التأثير التآزري لبيروكسيد الهيدروجين (H₂O₂) وأيونات الحديد (Fe²⁺A↩) لتوليد جذور الهيدروكسيل (-OH) ذات خصائص مؤكسدة قوية للغاية. وتصل قدرة أكسدته إلى 2.73 فولت (عند الأس الهيدروجيني=4)، ويأتي في المرتبة الثانية بعد حمض الهيدروفلوريك. معادلة التفاعل الأساسية هي كما يلي:
يبدأ التفاعل المتسلسل: H₂O₂O₂ + Fe²⁺ → Fe³⁺ + OH- + -OH
أكسدة الجذور الحرة rh + -oh → r- + h₂ or- + o₂ o₂ → ro- → co₂ + h₂o
دورة أيون الحديد: Fe³⁺ + H₂O₂ ← Fe²⁺ + HO₂- + H⁺ من خلال الدورة المذكورة أعلاه، يعمل Fe²⁺ كمحفز لتنشيط H₂O₂ باستمرار، وتحقيق تمعدن فعال للملوثات العضوية (تحويلها إلى ثاني أكسيد الكربون₂، H₂O↩ وأملاح غير عضوية).
- المزايا التقنية
تحلل عالي الكفاءة للمواد العضوية التي يصعب تحللها: يتمتع بقدرة أكسدة غير انتقائية للملوثات عالية الثبات مثل المركبات العطرية (مثل الفينولات والكلوروبنزين) وثنائي الفينيل متعدد الكلور.
سهولة التشغيل: لا يلزم وجود ضوء الأشعة فوق البنفسجية أو ظروف درجة حرارة عالية، ويمكن تحقيق تفاعل سريع (0.5-2 ساعة) في درجة حرارة الغرفة، مما يوفر المساحة واستهلاك الطاقة. صديقة للبيئة: تتجنب توليد ملوثات ثانوية مثل المواد العضوية المكلورة، ويمكن إعادة تدوير الحمأة كمصدر لملح الحديد بعد المعالجة.
تكلفة يمكن التحكم فيها: الاستثمار الأولي هو فقط 1/3-1/4 من الاستثمار في المعالجة البيولوجية التقليدية، وهو مناسب للمؤسسات الصغيرة والمتوسطة الحجم.
- العوامل المؤثرة الرئيسية واستراتيجيات التحسين
| العامل | آلية التأثير | اقتراحات التحسين |
| الأس الهيدروجيني | عندما يكون الأس الهيدروجيني أقل من 3، تكون أكسدة Fe²⁺ محدودة، وعندما يكون الأس الهيدروجيني أكثر من 5، تنخفض كفاءة توليد الهيدروكسيل. | ضبط الأس الهيدروجيني إلى 2.5-4.5 (الأمثل 3.0) |
| جرعة H₂O₂O₂₂ | تؤدي الإضافة المفرطة إلى التبريد الذاتي للجذور الحرة، بينما تؤدي الإضافة غير الكافية إلى التحلل غير الكامل. | يتم تحديدها بواسطة تجربة نسبة COD/H₂O₂O₂O₂ المولية عادة (1:1-3) |
| تركيز الحديد² ⁺ التركيز | سيؤدي الانخفاض الشديد إلى انخفاض الكفاءة التحفيزية؛ بينما سيؤدي الارتفاع الشديد إلى زيادة كمية الحمأة | الحفاظ على [Fe²⁺]: [H₂O₂₂]= 1:10-20 (نسبة الكتلة) |
| درجة الحرارة | لكل زيادة بمقدار 10 درجات مئوية، يزيد معدل التفاعل بمقدار 2-3 مرات | درجة حرارة التشغيل الموصى بها: 20-30 ℃ |
| زمن الاستجابة | عادةً ما يستغرق الأمر من 20 إلى 40 دقيقة للوصول إلى قيمة الذروة. إذا استغرق الأمر وقتاً طويلاً، فسيؤدي ذلك إلى تراكم المنتجات الثانوية. | المراقبة الديناميكية لقيمة ORP للتحكم في نقطة نهاية التفاعل |
- التحديات والتقنيات المحسنة
نقاط الألم في طريقة فينتون التقليدية:
كمية كبيرة من الحمأة: من الصعب تسوية رواسب Fe(OH)₃ ₃، مما يزيد من تكاليف التخلص منها.
نفايات الكواشف: بعد أن يصل معدل إزالة ثاني أكسيد الكربون إلى 50%-70%، ينخفض معدل استخدام H2O2 بشكل ملحوظ.
إعادة خلط اللون: لا يتم ترسيب الحديد³⁺ بالكامل، مما ينتج عنه ماء أصفر-بني.
اتجاه التحسين:
طريقة السرير المميَّعة-الفنتون: يتم استخدام نوى تبلور رمل السيليكا لحث Fe(OH)₃ ₃ على تشكيل بلورات مستقرة (حجم الجسيمات 1-2 مم)، مما يقلل من كمية الحمأة بمقدار 70% ويحسن معدل استخدام H₂O₂O₂.
تقنية الفنتون الكهربائي: بالاقتران مع الأكسدة الكهروكيميائية، فإنها تولد دورات Fe²⁺/Fe³⁺ في الموقع وتقلل من جرعة الكواشف.
فينتون التحفيزي الضوئي: يعزز ضوء الأشعة فوق البنفسجية توليد OH ويقلل من الطلب على H₂O₂O₂O₂.
- النقاط الرئيسية للتطبيق الهندسي
ترتيب إضافة الكواشف: التحميض أولًا (الأس الهيدروجيني ≈2.5) ← إضافة Fe² (بعد 15 دقيقة) ← إضافة H₂O₂O₂O₂ ← تعديل الأس الهيدروجيني إلى متعادل ← التلبد والترسيب.
متطلبات جودة المياه المتدفقة: SS <200 مجم/لتر، وتجنب المواد المتداخلة مثل أيونات الكبريتيد والسيانيد، ويجب تحديد عتبة تحمل تركيز Cl- من خلال التجارب.
معالجة الحمأة: استخدام PAM (بولي أكريلاميد متعدد الأكريلاميد) لتعزيز التلبد، أو إضافة الجير لضبط الأس الهيدروجيني لتعزيز ترسيب حمأة الحديد.
الحماية من التآكل: يجب أن تكون المعدات مصنوعة من مواد مقاومة للتآكل (مثل البولي إيثيلين عالي الكثافة FRP، البولي إيثيلين عالي الكثافة HDPE)، ويجب فحص صهاريج تخزين بيروكسيد الهيدروجين وخطوط الأنابيب بانتظام.
