حاضر ومستقبل إنتاج الهيدروجين من مياه الصرف الصحي

حاضر ومستقبل إنتاج الهيدروجين من مياه الصرف الصحي

الطاقة الهيدروجينية يعد جزءًا مهمًا من نظام الطاقة الوطني المستقبلي واتجاهًا تنمويًا رئيسيًا للصناعات الاستراتيجية الناشئة، كما يعد تطوير تكنولوجيا إنتاج الهيدروجين الأخضر والصديق للبيئة دعمًا مهمًا لبناء نظام الطاقة الهيدروجيني الوطني المستقبلي وتحقيق هدف "المزدوج". - الكربون". ومع ذلك، فإن تكنولوجيا الطاقة المتجددة السائدة حاليًا لإنتاج الهيدروجين من الماء المُحلل كهربائيًا لها متطلبات عالية جدًا على جودة المياه، وتستهلك كمية كبيرة من المياه النظيفة، وتعاني من مشكلة عدم التوازن بين "الموارد والطاقة". يمكن أن يؤدي تحضير الهيدروجين الأخضر من مياه الصرف الصحي إلى حل المشكلتين الرئيسيتين لمعالجة مياه الصرف الصحي واستهلاك المياه العذبة لإنتاج الهيدروجين في وقت واحد، وهي استراتيجية مثالية لتحقيق الحياد الكربوني في معالجة مياه الصرف الصحي.

تكنولوجيا إنتاج الهيدروجين في مياه الصرف الصحي

تشمل المصادر الشائعة لمياه الصرف الصحي صهر الفولاذ، وصناعة الورق، والتعدين، والبتروكيماويات، والتخمير، وتصنيع الأغذية، والجلود ومنتجات الألبان، وما إلى ذلك. وتتميز مياه الصرف الصحي الناتجة عن الصناعات المختلفة بخصائص مختلفة. تتطلب هذه الصناعات الكثير من المعالجة للوفاء بمعايير التصريف قبل أن يتم تصريف مياه الصرف الصحي بأمان في البيئة. تركز أنظمة معالجة مياه الصرف الصحي التقليدية على فصل أو إزالة الملوثات، ولكن هذه الطرق عادة ما تستهلك طاقة إضافية وموارد المياه العذبة. يتم توليد حوالي 380 مليار متر مكعب من مياه الصرف الصحي كل عام بسبب معالجة مياه الصرف الصحي في جميع أنحاء العالم، ومن المتوقع أن تزيد بنسبة 51% أخرى بحلول عام 2050. بالإضافة إلى ذلك، تحتوي مياه الصرف الصحي عادةً على مواد عضوية ومعادن نادرة وأحماض وقلويات وأملاح ذات قيمة مضافة عالية. المحتملة، وتفتقر العمليات الحالية إلى تدابير فعالة لإعادة الاستخدام وإعادة التدوير.

لذلك، فإن الجمع بين تكنولوجيا إنتاج الهيدروجين وصناعة معالجة مياه الصرف الصحي يمكن أن يعزز تطوير صناعة المياه في اتجاه أكثر استدامة وصديقة للبيئة، الأمر الذي لا يمكنه فقط تحسين فوائد صناعة الطاقة الهيدروجينية، ولكن أيضًا تحقيق استهلاك قريب من الصفر لمياه الصرف الصحي. المعالجة ودفن النفايات بالقرب من الصفر. هناك حاجة إلى عمليات إنتاج مختلفة للهيدروجين وفقًا للخصائص المختلفة لمياه الصرف الصحي. على سبيل المثال، تأتي مياه الصرف الصحي الناتجة عن التعدين وصناعة الصلب وصناعة الجلود بشكل أساسي من معالجة المعادن، لذلك تحتوي عادة على أيونات المعادن الثقيلة مثل الزنك والنحاس والزئبق والكادميوم، وتتميز بموصلية عالية، وتحتوي على مواد كيميائية مثل السيانيد التي يمكن أن تهاجر ثقيلة المعادن. وهذا يجعل تكنولوجيا التحليل الكهربائي للمياه الخيار الأفضل لمعالجة مياه الصرف الصحي.

بالنسبة لصناعة الورق، والتخمير، وتجهيز الأغذية، وصناعات الألبان، فإن مياه الصرف الصحي لديها غنية بالمواد العضوية، مثل المواد الصلبة الذائبة (TDS)، لذا فإن تكنولوجيا إنتاج الهيدروجين بالتحلل الحيوي أكثر قابلية للتطبيق. ومن خلال التخمر الميكروبي، يمكن تحويل هذه المواد العضوية بشكل فعال إلى هيدروجين. عادة ما تحتوي مياه الصرف الصحي الناتجة عن صناعة البتروكيماويات على ملوثات مثل الزيوت والشحوم والرصاص والهيدروكربونات. تجعل المادة العضوية الألكانية قصيرة السلسلة تكنولوجيا التفاعل التحفيزي الضوئي أكثر ملاءمة لإنتاج الهيدروجين. بالإضافة إلى ذلك، فإن مياه الصرف الصحي الناتجة عن الصناعات الدوائية والأصباغ والنسيج عادة ما تكون ذات طلب مرتفع على الأكسجين الكيميائي (COD) ونسبة عالية من الطلب على الأكسجين الكيميائي (BOD). كما أن المضادات الحيوية والمكونات الكيميائية العضوية المعقدة الموجودة في مياه الصرف الصحي تزيد من صعوبة المعالجة. بالنسبة لمياه الصرف الصحي المعقدة هذه، قد يلزم تطوير عمليات إنتاج هيدروجين أكثر تقدمًا، مثل استخدام المواد الكهرضغطية، للتعامل مع بيئتها الكيميائية المعقدة.

ولذلك، فإن التعقيد والتنوع في معالجة الأنواع المختلفة من مياه الصرف الصحي يتطلب اتباع نهج معالجة شامل وتصميم معقد للمحطة لضمان الإزالة الفعالة للملوثات المختلفة وتحقيق إعادة استخدام المياه.