في عملية معالجة مياه الصرف الصحي المنزلية، ومياه المصانع، ومياه الصرف الصناعي، لا يقتصر دور أنودات التيتانيوم على نقل التيار فحسب، بل لها أيضًا تأثير محفز على التحلل التأكسدي للمواد العضوية. ولأن هذه العملية لا تسبب أي تلوث، تُسمى معالجة المياه الخضراء. مع تطور الصناعة، يتزايد تصريف مياه الصرف العضوي يومًا بعد يوم. وخاصةً مياه الصرف عالية التركيز الناتجة عن صناعات مثل الكيمياء والأغذية والمبيدات الحشرية والأدوية، فهي تتميز بلونها الأصفر وسميتها العالية، وتحتوي على عدد كبير من المكونات المقاومة للحرارة، مما يُلوث الأنهار والبحيرات والبحار بشكل خطير. لا تتطلب تقنية معالجة المياه بالتحليل الكهربائي الجديدة إضافة مواد كيميائية، وتتميز بمعدات صغيرة الحجم، وتشغل مساحة صغيرة، ولا تُسبب تلوثًا ثانويًا. وقد استُخدمت هذه التقنية لمعالجة مياه الصرف الملوثة بالمواد العضوية مثل الهيدروكربونات والكحولات والألدهيدات والإيثرات والفينولات. تعتمد إزالة الطلب الكيميائي للأكسجين (COD) بشكل أساسي على تفاعل الأكسدة على سطح الأنود. تتأكسد المادة العضوية في مياه الصرف الصحي وتتحلل مباشرةً على سطح الأنود، ومن خلال التحويل الكهروكيميائي، تتحول مباشرةً أو غير مباشرة إلى ثاني أكسيد الكربون وماء. يجب أن يكون جهد الأنود أعلى من جهد تحلل المادة العضوية، لذا يحدث تفاعلان تنافسيان على الأنود: أكسدة المادة العضوية وتحلل الأكسجين.

أشكال المنتج

تشمل أشكال أنودات التيتانيوم الشبكة واللوحة والأنبوب والقضيب وما إلى ذلك.

مزايا أنودات التيتانيوم

1. حجم الأنود ثابت. لا تتغير مسافة الأقطاب الكهربائية أثناء عملية التحليل الكهربائي، مما يضمن استمرار عملية التحليل الكهربائي بجهد خلية مستقر.
2. جهد العمل منخفض، واستهلاك الطاقة صغير، ويمكن تقليل استهلاك الطاقة بنحو 20%.
3. تتميز أنودات التيتانيوم بعمر تشغيلي طويل. في صناعة إنتاج الكلور بطريقة الحجاب الحاجز، يكون أنود التيتانيوم المطلي مقاومًا لتآكل الكلور والقلويات.
4. يمكنه التغلب على مشاكل إذابة أنودات الجرافيت وأنودات الرصاص، وتجنب تلوث منتجات الإلكتروليت والكاثود، وتحسين جودة المنتج.
5. يمكن زيادة كثافة التيار. على سبيل المثال، في إنتاج الكلور القلوي بطريقة الحجاب الحاجز، تبلغ كثافة تيار أقطاب الجرافيت 8 أمبير/ديسيمتر مربع، بينما يمكن مضاعفة كثافة تيار أنودات التيتانيوم إلى 17 أمبير/ديسيمتر مربع. بهذه الطريقة، باستخدام ورشة التحليل الكهربائي والخلايا الكهربائية نفسها، يمكن مضاعفة الناتج.
6. يتميز بمقاومة قوية للتآكل ويمكنه العمل في العديد من الوسائط الكهروليتية ذات التآكل القوي والمتطلبات الخاصة.
7. يمكنه تجنب مشكلة الدائرة القصيرة الناتجة عن تشوه أقطاب الرصاص، وبالتالي تحسين كفاءة التيار.
8. يمكن إعادة استخدام ركيزة التيتانيوم.

التطبيقات في معالجة مياه الصرف الصحي

الأكسدة الكهربية

1. أثناء عملية الأكسدة الكهربية، يمكن أن تعزز أنودات التيتانيوم التحلل التأكسدي للمواد العضوية عن طريق توليد الأكسجين والمواد المؤكسدة الأخرى لتحلل المواد الضارة في الماء.
2. تُستخدم هذه العملية على نطاق واسع في إزالة المواد العضوية المقاومة للحرارة، وخاصة في معالجة مياه الصرف الصناعي.

الأكسدة التحفيزية الكهربائية (EC)

1. باعتباره محفزًا كهربائيًا، يمكن لأنود التيتانيوم تسريع تفاعل الأكسدة، ويلعب دورًا مهمًا بشكل خاص في إزالة المواد السامة والضارة في الماء (مثل أيونات المعادن الثقيلة والزيوت والبنزين وما إلى ذلك).
2. تُستخدم هذه التقنية على نطاق واسع في معالجة مياه الصرف الصحي في الصناعات مثل البتروكيماويات والأدوية وتجهيز الأغذية.

التطهير والتعقيم

يمكن أن تُنتج أنودات التيتانيوم الكلور (Cl₂) عن طريق التحليل الكهربائي، مما يُعطي تأثيرًا قويًا في التطهير والتعقيم. يقضي الكلور بفعالية على الجراثيم والبكتيريا في الماء، لذا تُستخدم أنودات التيتانيوم أيضًا على نطاق واسع في معالجة تطهير مياه الصرف الصحي.

التحليل الكهربائي

في عملية التحليل الكهربائي، تشارك أنودات التيتانيوم في عملية التبادل الأيوني في الماء كأقطاب كهربائية، مما يساعد على إزالة الأملاح والملوثات في الماء وتحسين جودة الماء.

تصنيع أنودات التيتانيوم

1. ركيزة التيتانيوم

عادةً ما تستخدم أنودات التيتانيوم التيتانيوم النقي أو سبائك التيتانيوم (مثل سبائك التيتانيوم والألومنيوم، وسبائك التيتانيوم والموليبدينوم، إلخ) كركيزة. تتميز هذه المواد بقوة ميكانيكية عالية ومقاومة ممتازة للتآكل.

2. مواد الطلاء

1. يتم طلاء سطح أنودات التيتانيوم عمومًا بطبقات معدنية ثمينة، مثل الإيريديوم والبلاتين والروثينيوم والتنتالوم، وما إلى ذلك. يمكن لهذه الطلاءات تحسين النشاط التحفيزي والتوصيل الكهربائي للأنود، مما يعزز مقاومته للتآكل وعمر الخدمة.
2. في الوقت الحالي، تعد أنودات الإيريديوم - التيتانيوم (Ir/Ti) وأنودات الروثينيوم - التيتانيوم (Ru/Ti) مواد طلاء شائعة، والتي يمكنها تحسين الأداء الكهروكيميائي للأنود بشكل كبير.

3. معالجة السطح

تُعد معالجة سطح أنودات التيتانيوم بالغة الأهمية. عادةً ما تُجرى معالجة النترتة، أو الأكسدة، أو الطلاء لتحسين موصليتها الكهربائية ومقاومتها للتآكل.

مزايا استخدام أنودات التيتانيوم في معالجة مياه الصرف الصحي

1. المتانة طويلة الأمد

إن متانة أنودات التيتانيوم تتجاوز بكثير متانة المواد التقليدية الأخرى، وهي مناسبة بشكل خاص لعمليات التفاعل الكهربائي الطويلة الأمد وعالية الكثافة.

2. تكلفة صيانة منخفضة

1. بفضل استقرارها طويل الأمد ومقاومتها للتآكل، فإن تكرار الصيانة والاستبدال لأنودات التيتانيوم منخفض، وبالتالي تقليل تكاليف الصيانة في التشغيل على المدى الطويل.

3. تحسين تأثير العلاج

يمكن أن تعمل أنودات التيتانيوم على تحسين كفاءة التفاعل الكهربائي بشكل فعال، وتسريع معدل تحلل الملوثات، وتقليل وقت المعالجة، وخفض استهلاك الطاقة.

4. صديقة للبيئة قوية

تعتبر مواد أنود التيتانيوم صديقة للبيئة بحد ذاتها، ولن تسبب تلوثًا ثانويًا للبيئة، ويمكنها تحسين معدل إزالة الملوثات في معالجة مياه الصرف الصحي بشكل فعال، وتلبية متطلبات حماية البيئة الخضراء.

خاتمة

تلعب أنودات التيتانيوم المستخدمة في معالجة مياه الصرف الصحي دورًا هامًا في تقنيات حماية البيئة الحديثة. بفضل مقاومتها الممتازة للتآكل، وموصليتها الكهربائية، وثباتها طويل الأمد، تُستخدم أنودات التيتانيوم على نطاق واسع في مجال المعالجة الكهروكيميائية لمياه الصرف الصحي، وخاصةً في الأكسدة الإلكتروليتية، والأكسدة الحفزية، والتطهير، والتعقيم. ومع التطور المستمر لتكنولوجيا معالجة مياه الصرف الصحي، ستحتل أنودات التيتانيوم مكانة أكثر أهمية في أنظمة معالجة مياه الصرف الصحي المستقبلية.