اکسیژن مایع (LOX – Liquid Oxygen) یکی از عناصر کلیدی و پرکاربرد در بسیاری از صنایع، از جمله تصفیه آب و فاضلاب، به شمار میرود. به دلیل قابلیت ذخیرهسازی در حجم های بالا و انتقال آسان، این ماده در دمای بسیار پایین، به صورت مایع نگهداری میشود، که جایگزین مناسبی نسبت به حالت فیزیکی گازی این عنصر میباشد(ذخیره در سیلندر های گازی).
یکی از اصلیترین کاربردهای اکسیژن مایع در تصفیه فاضلاب، تأمین اکسیژن موردنیاز برای فعالیت میکروارگانیسمها در سیستمهای تصفیه بیولوژیکی است. این میکروارگانیسمها برای تجزیه و از بین بردن آلایندههای آلی در فاضلاب به اکسیژن نیاز دارند. اکسیژن مایع با تأمین غلظت بالا و مداوم اکسیژن، کارایی این فرآیندها را افزایش میدهد.
بهبود فرآیندهای هوادهی با استفاده از اکسیژن مایع
فرآیند هوادهی یکی از بخشهای اساسی تصفیه آب و فاضلاب است که به منظور تأمین اکسیژن موردنیاز میکروارگانیسمها برای تجزیه مواد آلی صورت میگیرد. در روشهای سنتی، هوا به داخل آب تزریق میشود تا اکسیژن محلول تأمین گردد. اما این روش به دلیل غلظت کم اکسیژن در هوا (تقریباً ۲۱%) و نیاز به انرژی زیاد برای انتقال اکسیژن، محدودیتهایی دارد. استفاده از اکسیژن مایع (LOX – Liquid Oxygen) به عنوان منبع اکسیژن خالص، این فرآیند را بهبود میبخشد و مزایای متعددی به همراه دارد
مزایای اکسیژن مایع در فرآیند هوادهی
افزایش کارایی انتقال اکسیژن: اکسیژن مایع به دلیل خلوص بالا (تقریباً ۱۰۰%)، راندمان انتقال اکسیژن به آب را به طور چشمگیری افزایش میدهد. در حالی که در هوادهی سنتی تنها بخش کوچکی از اکسیژن موجود در هوا وارد آب میشود، استفاده از اکسیژن مایع باعث جذب حداکثری اکسیژن محلول در آب میگردد.
کاهش حجم تجهیزات: در سیستمهای هوادهی معمولی، تجهیزات حجیمی مانند بلوئرها (Blowers) یا دیفیوزرها برای تزریق هوا به کار میروند. اکسیژن مایع به دلیل تراکم بالای خود، به حجم کمتری نیاز دارد و تجهیزات فشردهتر و کارآمدتری مورد استفاده قرار میگیرد.
صرفهجویی در انرژی: تزریق مستقیم اکسیژن مایع به آب، نیاز به استفاده از دستگاههای پرمصرف مانند کمپرسورهای هوا را کاهش میدهد. این امر منجر به صرفهجویی قابل توجهی در هزینههای انرژی میشود.
قابلیت استفاده در محیطهای با بار آلودگی بالا: در سیستمهایی که غلظت آلایندهها بالاست، اکسیژن موجود در هوا به تنهایی نمیتواند نیاز سیستم را تأمین کند. تزریق اکسیژن مایع، حتی در شرایطی با غلظت بالای آلایندهها، به راحتی اکسیژن مورد نیاز را فراهم میکند
عملکرد بهتر در شرایط دمایی مختلف: در دماهای پایین یا در شرایطی که حلالیت اکسیژن در آب کاهش مییابد، مانند فاضلابهای گرم، اکسیژن مایع عملکرد بهتری نسبت به هوادهی سنتی دارد.
کاهش تولید گازهای مضر: در شرایطی که سیستم هوادهی قادر به تأمین اکسیژن کافی نباشد، محیط بیهوازی ایجاد شده و گازهای نامطبوعی مانند سولفید هیدروژن (H₂S) یا متان (CH₄) تولید میشوند. اکسیژن مایع با تأمین اکسیژن کافی، مانع از ایجاد این شرایط میشود.
روشهای کاربرد اکسیژن مایع در فرآیندهای هوادهی
۱: تزریق مستقیم در مخازن هوادهی: اکسیژن مایع به صورت مستقیم و از طریق لولهکشیهای مخصوص به مخزن هوادهی تزریق میشود. این روش به دلیل تماس مستقیم اکسیژن با آب، کارایی انتقال را افزایش میدهد.
۲: ترکیب با فناوری نانوحبابها: اکسیژن مایع به عنوان منبع تغذیه برای تولید نانوحبابهای اکسیژن استفاده میشود. نانوحبابها به دلیل اندازه بسیار کوچک خود، سطح تماس بیشتری با آب دارند و باعث افزایش زمان ماند اکسیژن در آب میشوند. این فناوری به ویژه در تصفیه فاضلابهای صنعتی با غلظت بالای آلایندهها کاربرد دارد.
۳: تزریق در نقاط بحرانی سیستم: در تصفیهخانههایی که بخشهایی از سیستم با کمبود اکسیژن مواجه هستند، اکسیژن مایع میتواند به صورت نقطهای تزریق شود تا عملکرد بهبود یابد.
۴: حذف بو و کنترل گازهای نامطبوع: یکی از چالشهای مهم در تصفیه فاضلاب، مدیریت بوهای ناخوشایند و گازهای نامطبوعی است که از فرآیندهای تصفیه منتشر میشوند. این گازها علاوه بر آلودگی هوا، میتوانند خطرات زیستمحیطی و بهداشتی ایجاد کنند. اکسیژن مایع به عنوان منبع غنی و خالص اکسیژن، روشی موثر برای حذف بو و کنترل این گازها ارائه میدهد.
منشأ بو و گازهای نامطبوع در تصفیهخانههای فاضلاب
گاز سولفید هیدروژن(H₂S) :
این گاز بدبو، عمدتاً در شرایط بیهوازی تولید میشود، زمانی که اکسیژن کافی در محیط وجود ندارد و باکتریهای بیهوازی مواد آلی را تجزیه میکنند
متان (CH₄):
محصول دیگر شرایط بیهوازی که میتواند قابل اشتعال باشد و به جو منتقل شود.
آمونیاک (NH₃):
این گاز میتواند از تجزیه نیتروژن آلی موجود در فاضلاب آزاد شود.
ترکیبات آلی فرار (VOCs):
برخی از ترکیبات آلی موجود در فاضلاب در شرایط بیهوازی تجزیه شده و VOCs آزاد میکنند که منبع بوی ناخوشایند هستند.
نقش اکسیژن مایع در کنترل بو
جلوگیری از ایجاد شرایط بیهوازی: اصلیترین عامل تولید گازهای بدبو، نبود اکسیژن محلول در سیستم است که محیط بیهوازی ایجاد میکند. تزریق اکسیژن مایع با تأمین سریع و مداوم اکسیژن، شرایط هوازی را حفظ کرده و از فعالیت باکتریهای بیهوازی جلوگیری میکند
اکسیداسیون سولفید هیدروژن (H₂S)
اکسیژن مایع میتواند به طور مستقیم گاز سولفید هیدروژن را اکسید کرده و آن را به سولفات تبدیل کند که بیبو و غیرسمی است این فرآیند در مخازن نگهداری فاضلاب یا در خطوط لولهای که سولفید هیدروژن تولید میشود، قابل اجراست.
کاهش آمونیاک و نیتروژن آلی:
تزریق اکسیژن مایع باعث تحریک فعالیت باکتریهای هوازی میشود که میتوانند آمونیاک را به نیتریت و سپس به نیترات تبدیل کنند (فرآیند نیتریفیکاسیون). این فرآیند نه تنها بو را کاهش میدهد، بلکه کیفیت فاضلاب تصفیهشده را نیز بهبود میبخشد.
مدیریت بو در مخازن ذخیره لجن:
لجنهای فعال و فاضلاب در حال پردازش، منبع اصلی تولید بوهای ناخوشایند هستند. تزریق اکسیژن مایع به مخازن لجن، تولید گازهای نامطبوع را کاهش داده و تخمیر هوازی را تقویت میکند
تزریق در خطوط لوله انتقال فاضلاب:
در خطوط انتقال فاضلاب که معمولاً به دلیل زمان ماند بالا شرایط بیهوازی ایجاد میشود، تزریق اکسیژن مایع به جلوگیری از تولید گازهای مضر کمک میکند.
کنترل بو در تصفیهخانهها:
در تصفیهخانههای شهری و صنعتی، تزریق اکسیژن مایع به مخازن تهنشینی اولیه و نهایی، باعث کاهش تولید گازهای آلاینده میشود.
بازیابی اکسیژن در مخازن ذخیره: مخازن ذخیره فاضلاب و لجن، به دلیل زمان ماند طولانی، مکانهای مستعد تولید بو هستند. تزریق اکسیژن مایع در این مخازن، اکسیژن مورد نیاز را تأمین کرده و مانع از تشکیل گازهای نامطبوع میشود.
مزایای استفاده از اکسیژن مایع در کنترل بو
کارایی بالا: اکسیژن مایع به دلیل خلوص بالا، تأثیر فوری بر کاهش بو و گازهای نامطبوع دارد.
سرعت واکنش: تأمین سریع اکسیژن باعث میشود که محیط به سرعت از شرایط بیهوازی خارج شود.
حفظ کیفیت هوا در اطراف تصفیهخانه: کاهش انتشار گازهای مضر به بهبود کیفیت هوا در محیطهای شهری و صنعتی کمک میکند.
کاهش شکایات عمومی: بوهای ناخوشایند یکی از عوامل اصلی شکایات عمومی از تصفیهخانهها است. استفاده از اکسیژن مایع به کاهش این شکایات کمک میکند.
سازگاری با محیطزیست: کنترل گازهای مضر مانند سولفید هیدروژن، تأثیرات زیستمحیطی تصفیهخانه را کاهش میدهد.
سیستمهای اضطراری در تصفیهخانههای جدید یا ارتقاء یافته
در تصفیهخانههایی که بهتازگی راهاندازی یا ارتقاء یافتهاند، ممکن است در ابتدا با مشکلاتی در تأمین مداوم اکسیژن روبهرو شوند تا به بهرهبرداری کامل برسند. در چنین شرایطی، استفاده از اکسیژن مایع بهعنوان یک سیستم اضطراری میتواند مشکلات پیشآمده را بهسرعت برطرف کند. اکسیژن مایع میتواند بهعنوان یک تأمینکننده سریع و قابل اعتماد برای تأمین نیاز اکسیژن سیستمهای جدید در مراحل آزمایشی یا تکمیل نهایی کارکرد استفاده شود. این اقدام همچنین به تسریع در روند بهینهسازی تصفیهخانه و آزمایشهای مربوطه کمک میکند.
مزایای اقتصادی و عملیاتی در استفاده از اکسیژن مایع
صرفهجویی در هزینهها: استفاده از اکسیژن مایع در سیستمهای اضطراری به نسبت استفاده از سیستمهای هوادهی معمولی، هزینههای عملیاتی کمتری دارد. این به دلیل کاهش نیاز به انرژی و تجهیزات هوادهی بزرگ است. کاربرد در زمان کوتاه: اکسیژن مایع میتواند بهسرعت و در مدت زمان کوتاهی تزریق شود، که این ویژگی در شرایط اضطراری که زمان اهمیت بالایی دارد، بسیار مفید است.
آینده اکسیژن مایع در تصفیه خانه ها
یکی از مزایای بزرگ اکسیژن مایع، تأمین سریع و مؤثر اکسیژن برای فرآیندهای بیولوژیکی است. در آینده، پیشبینی میشود که استفاده از اکسیژن مایع در تصفیهخانهها به طرز چشمگیری افزایش یابد، چرا که این ماده میتواند تأثیر زیادی در بهبود عملکرد فرآیندهای تصفیه داشته باشد.
افزایش راندمان تصفیه:
با افزایش استفاده از اکسیژن مایع، راندمان فرآیندهای بیولوژیکی، بهویژه فرآیندهای هوازی مانند تجزیه مواد آلی توسط میکروارگانیسمها بهطور چشمگیری بهبود مییابد. این امر باعث کاهش زمان ماند فاضلاب در سیستم و همچنین افزایش سرعت تصفیه خواهد شد. فرآیندهای نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون: با توجه به نیاز به اکسیژن برای انجام این فرآیندهای نیتروژنزدایی، استفاده از اکسیژن مایع بهویژه در تصفیهخانههای شهری و صنعتی با بار آلودگی بالا، میتواند به بهبود عملکرد این فرآیندها کمک کند.
————————————————–
منابع