أولاً: التطبيق الأساسي في معالجة المياه: إزالة الملوثات الدقيقة من مياه الشرب

1. تقنية الامتزاز والتثبيت لأيونات المعادن الثقيلة النزرة

يحقق مسحوق البيريت إزالة فعالة للمعادن الثقيلة من خلال المواقع النشطة السطحية وعيوب الشبكة البلورية. بالنسبة للكروم سداسي التكافؤ (Cr(VI))، يُختزل أولاً إلى كروم ثلاثي التكافؤ (Cr(III)) منخفض السمية بواسطة أيونات الحديد الثنائي (Fe²⁺)، ثم يُشكل راسبًا مشتركًا من الهيدروكسيد. أما بالنسبة للزرنيخ خماسي التكافؤ (As(V))، فيُشكل أكاسيدًا مركبة من الحديد والزرنيخ من خلال الامتزاز بواسطة غرويات هيدروكسيد الحديد الثلاثي (Fe(OH)₃) على السطح. ويمكن لأيونات الكبريت الثنائي (S²⁻) أن تتفاعل مع الزرنيخ ثلاثي التكافؤ (As(III)) لتكوين راسب كبريتيد الزرنيخ (As₂S₃)، بمعدل إزالة يتجاوز 99%. عند التطبيق، يُستخدم في أعمدة الترشيح أو وسائط الترشيح المختلطة، مع زمن تلامس للطبقة الفارغة يتراوح بين 10 و20 دقيقة، وضبط درجة الحموضة بين 6.0 و7.5، مما يسمح بخفض تركيز المعادن الثقيلة في المياه الخارجة إلى أقل من 0.01 ملغم/لتر.

2. إزالة المواد العضوية الطبيعية وسلائف منتجات التطهير الثانوية

يتفاعل أيون الحديد الثنائي (Fe²⁺) مع الأكسجين المذاب لإنتاج جذور الهيدروكسيل (·OH)، التي تؤكسد وتحلل المواد العضوية الجزيئية الكبيرة إلى جزيئات صغيرة. تُمتص المواد العضوية المتبقية عبر البنية المسامية لمسحوق بحجم 200-300 مش، مما يقلل من تكوين نواتج التطهير الثانوية بالكلور، بمعدل إزالة يتراوح بين 40% و60%.

ثانياً: تقنيات التطبيق الأساسية في معالجة مياه الصرف الصحي

1. تقنية الترسيب المشترك بالكبريت والاختزال لمعالجة مياه الصرف الصحي المحتوية على المعادن الثقيلة المختزلة

مناسب لمعالجة مياه الصرف الناتجة عن عمليات الطلاء الكهربائي والتعدين. في الظروف الحمضية (الأس الهيدروجيني 2-5)، يتفكك البيريت ليطلق أيونات الحديد الثنائي (Fe²⁺) والكبريت الثنائي (S²⁻). تعمل أيونات الحديد الثنائي على اختزال المعادن الثقيلة عالية التكافؤ، بينما يشكل الكبريت الثنائي راسبًا كبريتيًا مستقرًا للغاية مع المعادن الثقيلة. الجرعة الموصى بها هي 1.2-1.5 ضعف الكمية النظرية. بعد التحريك والتفاعل لمدة 30-60 دقيقة، يتم ضبط الأس الهيدروجيني إلى 7.0-8.0 وإضافة بولي أكريلاميد (PAM) للمساعدة في التخثر، مما يضمن مطابقة مياه الصرف لمعايير تصريف مياه الصرف الناتجة عن عمليات الطلاء الكهربائي.

2. تقنية الأكسدة المتقدمة التحفيزية لمعالجة مياه الصرف العضوية المقاومة للمعالجة

(1) الأكسدة التحفيزية باستخدام بيروكسيد الهيدروجين والبيريت

اضبط الرقم الهيدروجيني إلى 3.0-4.0، وأضف 1-5 غ/ل من البيريت بحجم 200-300 مش و5-20 مل/ل من بيروكسيد الهيدروجين بتركيز 30%، واترك المزيج يتفاعل لمدة 2-4 ساعات. يصل معدل إزالة الطلب الكيميائي للأكسجين إلى 60%-85%، ويمكن زيادة نسبة B/C إلى أكثر من 0.3، وينخفض إنتاج الحمأة الحديدية بأكثر من 50% مقارنةً بطريقة فنتون التقليدية.

(2) الأكسدة التحفيزية للبيريت والأوزون

يحفز أيون الحديد الثنائي (Fe²⁺) الأوزون لتوليد الجذور الحرة، مما يحسن كفاءة تحلل المواد العضوية. وهو مناسب لإزالة لون مياه الصرف الناتجة عن الطباعة والصباغة، حيث تصل نسبة إزالة لون أصباغ الآزو إلى 99%، ونسبة إزالة الطلب الكيميائي للأكسجين (COD) إلى 50%-70%، ويستغرق التفاعل من 30 إلى 60 دقيقة.

3. تقنية إزالة النترات الاختزالية لمياه الصرف الصحي المحتوية على النترات/النتريت

في الظروف الحمضية، يقوم أيون الحديد الثنائي (Fe²⁺) باختزال النترات (NO₃⁻-N) مباشرةً إلى نيتروجين (N₂)؛ وبدلاً من ذلك، تستخدم بكتيريا نزع النتروجين البيريت كمانح للإلكترونات في عملية نزع النتروجين في بيئة لاهوائية دون إضافة مصدر كربون إضافي. يُستخدم مفاعل ذو طبقة ثابتة بزمن احتجاز هيدروليكي (HRT) يتراوح بين 8 و12 ساعة، ويبلغ معدل نزع النتروجين من 80 إلى 95 طن/طن.

4. معالجة تصريف المناجم الحمضية (AMD) بالمعادلة والتثبيت في الموقع

يتفاعل البيريت مع أيونات الهيدروجين في مياه الصرف الصحي لتحقيق معادلة فورية، وتُشكّل نواتج التفكك رواسب مع المعادن الثقيلة. يتم ضبط زمن الاحتفاظ الهيدروليكي للطبقة المعبأة عند 6-10 ساعات، ويرتفع الرقم الهيدروجيني للمياه الخارجة إلى 6.0-7.0، ويتجاوز معدل إزالة المعادن الثقيلة 95%، ولا حاجة لاستبدال الحشو بشكل متكرر.

5. تقنية إزالة المعادن الثقيلة المعقدة من مياه الصرف الناتجة عن الطلاء الكهربائي

اضبط الرقم الهيدروجيني إلى 2.0-3.0، وأضف 3-8 غ/ل من البيريت، وحرك المزيج واتركه يتفاعل لمدة 60-90 دقيقة، بمعدل تفكك معقد يتجاوز 90%. يؤدي التعادل والترسيب اللاحقان إلى معدل إزالة معقد للمعادن الثقيلة يتجاوز 98%.

ثالثًا: تطبيقات موسعة في مكافحة التلوث البيئي

1. معالجة التربة الملوثة بالمعادن الثقيلة عن طريق التثبيت الموضعي

تُضاف مادة البيريت بنسبة تتراوح بين 0.51 و21 طن من الوزن الجاف للتربة. في ظل الظروف اللاهوائية، تعمل على اختزال الكروم سداسي التكافؤ وتكوين ترسبات الكبريتيد، مما يقلل من التوافر الحيوي للمعادن الثقيلة دون الإضرار ببنية التربة أو التسبب في تلوث ثانوي.

2. تنقية ثاني أكسيد الكبريت وأكاسيد النيتروجين منخفضة التركيز في الغلاف الجوي

يتم تحميلها على حوامل لصنع مواد حفزية ماصة، مما يحقق إزالة الكبريت وإزالة النيتروجين بشكل متكامل. يتم امتصاص ثاني أكسيد الكبريت وتحويله، ويتم اختزال أكسيد النيتروجين إلى نيتروجين، بكفاءة تنقية تتراوح بين 60% و80%، وهي مناسبة لغازات العادم الصناعية منخفضة التركيز.

3. معالجة عصارة النفايات الصلبة

يُخلط هذا المنتج مع طبقة منع التسرب في مكبات النفايات أو يُضاف مباشرةً إلى أحواض تجميع العصارة. وتُزال المعادن الثقيلة من خلال الترسيب الكبريتي والمعادلة، وتستوفي العصارة المعالجة المعايير المطلوبة، مما يمنع تلوث التربة والمياه الجوفية.

رابعاً: معايير العملية الرئيسية والتحسين

يُفضّل استخدام مسحوق بحجم 200-300 مش؛ وتُناسب الظروف الحمضية تفاعلات الاختزال والكبرتة، بينما تُهيمن عملية الامتزاز على الظروف المتعادلة. تكون الجرعة 1.2-1.5 ضعف الكمية النظرية؛ وتتطلب تفاعلات الاختزال ظروفًا لاهوائية، بينما تتطلب تفاعلات الأكسدة التهوية والتحريك. يمكن تجديد البيريت المُستخدَم عن طريق التخليل والاختزال، وإعادة استخدامه من 3 إلى 5 مرات.

خامساً: القيود والحلول واتجاهات التطوير

يتميز البيريت الطبيعي بمعدل تفاعل بطيء، يمكن تحسينه بالتعديل؛ وتتطلب مياه الصرف القلوية معالجة مسبقة أو دمجها في مواد مركبة؛ ويمكن إعادة تدوير كمية صغيرة من رواسب الحديد. في المستقبل، سيتطور هذا المجال نحو مواد مركبة معدلة، وعمليات متكاملة، واستخدام موارد المنتج، مما يوسع نطاق تطبيقاته ليشمل معالجة المياه الجوفية وتنقية الهواء.