ضد عفونی آب با گاز ازن

ضد عفونی آب با گاز ازن

صور مختلف ضد عفونی آب

ضد عفونی آب با گاز ازن با توجه به قطر میکروارگانیسم­‌ها به دو صورت انجام می­‌گیرد :

1. از طریق فیلتر ذرات با قطر بزرگ‌تر جداسازی می­‌شوند.
2. میکروارگانیسم­‌های مضر بالقوه که در سیستم‌های ذخیره و توزیع وجود دارند و از فیلتر عبور کرده به وسیله مواد ضدعفونی کننده صورت می­گیرد.

آب معمولا در یک مخزن ذخیره سازی موقت (Contact Tank) نگه داری می­شود و به ما اجازه می­دهد تا عمل ضدعفونی به طور کامل انجام شود .

ضدعفونی اولیه

ضدعفونی اولیه برای جلوگیری از گسترش بیماری های منتقله از راه آب به کاربران پایین دست محیط زیست و برای غیرفعال کردن میکروارگانیسم های بیماری زا در نظر گرفته می شود.

پاتوژن ها شامل ویروس ها، باکتری ها از جمله سالمونلا، وبا، شیگلا و تک یاخته از جمله ژیاردیا، لامبیا و مابقی Cryptosporidia .

بررسی عملکرد ضد عفونی آب با گاز ازن

ازن قوی‌ترین ماده ضدعفونی کننده شیمیایی در دسترس می‌باشد که بیش از هر ماده ضدعفونی کننده دیگری میکروب‌ها را در مدت زمان کوتاه از بین می‌برد و توانایی از بین بردن ۹۹ درصد باکتری‌های زیستی را بدون هیچ تاثیر یا پیامد منفی روی سلامتی را دارد. علاوه براین طعم و مزه را بهبود می‌بخشد و بو را حذف می‌کند و مواد آلی و غیر آلی نامطلوب که ممکن است در حال حاضر در منابع آب وجود داشته باشد را اکسید می‌کند .

ازن که فرم سه اتمی اکسیژن است دارای عملکردی مطابق با اصول بهداشتی می‌باشد. ازن قادر به از بین بردن میکروارگانیسم‌های متعدد بدون در نظر گرفتن ماهیت آن از طریق اکسید کردن غشاء سلولی می‌باشد. شواهد علمی نشان می‌دهد که ازن می‌تواند طیف وسیعی از پاتوژن‌های بالقوه از جمله باکتری، انگل، اسپور، کپک و مخمر‌ها را بسیار موثرتر از کلر از بین ببرد. ازن برخلاف بسیاری از مواد ضدعفونی کننده تاثیر منفی روی محیط زیست ندارد. به این دلیل که به طور سریع به اکسیژن (o_۲) تبدیل می‌شود و هیچ باقی‌مانده شیمیایی بر جای نمی­‌گذارد.

استفاده از ازن برای اکسیداسیون آهن و منگنز یک راه حل خوبی در مقایسه با فن آوری­‌های دیگر می­‌باشد. ازن می­‌تواند به راحتی و بدون هیچ هزینه عملیاتی اجرا گردد. هدف اصلی حذف آهن و منگنز شفاف و بی­رنگ شدن آب می­‌باشد و همچنین از تجمع آهن و منگنز در لوله­‌ها، وسایل و بقیه سطوح جلوگیری می­‌کند. ازن به منعقد کردن مواد آلی کمک می‌­کند و در نتیجه موجب بهبود در فیلتراسیون می‌­شود .

تاریخچه کاربردهای صنعتی گاز ازن (Ozone)

• ۱۸۴۰: کشف توسط شونبن (Schoenbein)
• ۱۸۵۷: اختراع تیوب ازن “Ozone-tube”
  تخلیه الکتریکی (Corona-Discharge, CD) توسط Werner von Siemens
• ۱۹۲۵-۱۹۰۶ نصب اولین سیستم ازن برای تصفیه آب

نیس (فرانسه)، فلورانس (ایتالیا)، برلین (آلمان)، سنت پترزبورگ (روسیه)

سابقه ازن در Prominent

• ۱۹۷۱ : اولین سیستم تولید ازن
• ۱۹۸۰ : نمایش فرآیند، جریان آب توسط LED
• ۱۹۸۶ : شروع تولید Siemens SPS
• ۱۹۹۳ : تولید سری BOR / BOs
• ۱۹۹۸ : تولید سری BONA
• ۱۹۹۹ : تولید Ozone Filter OZVA
• ۲۰۰۰ : ژنراتورهای استیل BONA
• ۲۰۰۴ : فن‌آوری اکسیژن در OZVA 5-7

خواص فیزیکی

• متشکل از سه اتم اکسیژن
• نمایش شیمیایی O3
• گاز آبی رنگ
• قوی‌ترین اکسید کننده مورد استفاده در تصفیه آب
• واکنش با اغلب فلزات و حمله به بسیاری از مواد دیگر مانند gaskets, softeners و مواد لاستیکی
• حلالیت (۱۲ بار کمتر از گاز کلر)

اثرات انسانی

mg / m³ ۱/۰۶-۰/۰  حداقل غلظت قابل آشکارسازی

mg / m³ ۲/۰   حداکثر غلظت مجاز در محل کار، در صورت در معرض قرار گرفتن مداوم (آلمان: مقدار MAK)

mg / m³ ۲۴/۰   حد مجاز مه ازن در آلمان

mg / m³ ۸/۲-۰/۰  شروع سرفه بعد از زمان تماس طولانی

mg / m³  ۱    سوزش چشم و مخاط

mg / m³  ۲   سر درد، مشکل گردش خون

mg / m³ ۲۰   بعد از زمان طولانی: بیهوشی، خون‌ریزی شش‌ها، خطر جانی

mg / m³ ۱۰۰۰۰   بعد از زمان کوتاه: بیهوشی، خون‌ریزی شش‌ها، خطر جانی

mg / m³ ۲۰۰۰۰  غلظت ازن در یک تولید کننده معمولی با استفاده از هوا

ضد عفونی آب با گاز ازن

نقش ازن در تصفیه آب و پساب بعنوان یک عامل اکسید کننده و نیز یک ترکیب گندزدا حائز اهمیت می­باشد. ازن از اشکال آلوتروپی اکسیژن، گازی آبی رنگ و ناپایدار می‌باشد. امروزه استفاده از ازن به سبب مزایای آن نسبت به کلر زنی رو به افزایش می باشد. بطور کلی ازن از قابلیت اکسید کنندگی قوی­تری نسبت به کلر برخوردار بوده (در حدود ۲۵ بار قوی تر از کلر) و استفاده از آن ایمن­تر می باشد. همچنین گاز ازن اضافی بدون آنکه هیچ خطری برای محیط زیست ایجاد کند تجزیه شده و به بیرون تخلیه می شود. مکانیسم عملکردی ازن در از حذف میکروارگانیسم‌ها، بر فروپاشی و تخریب مستقیم دیواره سلولی باکتری‌ها استوار می‌باشد. این در حالی است که عملکرد شیمیایی کلر دقیقاً مشخص نبوده و به احتمال قوی بر پایه نفوذ کلر از دیواره سلولی، حمله به گروه‌های آنزیمی و در نتیجه تخریب میکروارگانیسم‌­ها می‌باشد.

روش­‌های تزریق گاز ازن

تزریق ازن در آب به دو روش زیر انجام می­‌گیرد :

1. روش Contact Column : ازن به صورت حباب­‌های ریز از زیر منبع به آب تزریق می‌گردد.

۲. روش Venture

در این دستگاه برای تزریق ازن در آب از روش ونچوری استفاده می‌­گردد و غلظت ازن موجود در آب بین PPM1 تا حداکثر ۴  PPM قابل تنظیم می­‌باشد.

می‌توان بیان نمود که تقریبا در تمام صنایع غذایی  از ازن برای استریلیزاسیون و ضدعفونی و بالا بردن زمان ماندگاری استفاده می‌شود. واکنش‌های ازن با میکروارگانیسم‌های مختلف، در سیستم‌های آبی به دو روش، واکنش‌های مستقیم ازن ملوکولی و وجود رادیکال‌های آزاد حد واسط صورت می‌گیرد.

نحوه عملکرد گاز یازن

• نوع واکنش به مقدار PHبستگی دارد: خنثی یا اسیدی: مستقیم؛ قلیایی: تشکیل رادیکال‌های OH.
• تمام اکسید کننده‌ها به عنوان گندزدا هم عمل می‌کنند.
• ازن بدون تولید محصولات فرعی مضر، عمل می‌کند؛ عدم تشکیل THM؛ عدم تشکیل AOX؛ عدم تشکیل کلروفنل‌ها

دلایل کارایی ازن در نابودی باکتری­ها

در رابطه با از بین رفتن باکتری‌ها به وسیله ازن دلایل اصلی که توسط محققین ارائه شده عبارتند از:

1. حمله مولکولی ازن به باندهای دوگانه غیر اشباع چربی‌ها در سطح سلول باکتری
2. از بین رفتن لایه‌های لیپوپروتئین و لیپوپلی ساکارید و در نهایت تغییر در نفوذپذیری و تجزیه سلول
3. انعقاد پروتئن‌های سلولی، تخریب آنزیم‌ها و تبدیل S-S به H-S و در نهایت مرگ سلول
4. تخریب مواد ژنیتیکی سلول

ازن هم اکنون در جهان به عنوان ضدعفونی کننده پیشرو در زمینه های آب آشامیدنی، آب معدنی، هوا، استخر، محصولات کشاورزی، انبارها، سردخانه‌ها، کانتینرهای حمل مواد غذایی، سطوح، سالن‌ها، صنایع لبنی، کارخانه های مواد غذایی، خطوط تولید و بسیاری زمینه های دیگر شناخته شده است.برای کاهش بار میکروبی و تصفیه کامل آب مصرفی،دستگاه ازن جایگزین کلر جهت استریل کردن آب با قدرت اکسید کنندگی بالاتر استفاده می گردد که با استفاده از این روش می توان عوارض جانبی ناشی از آن، زمان طولانی ضد عفونی کردن و محدودیت های عملی آن را به نوعی کاهش داد.

سیستم تصفیه با ازن، بهترین روش توصیه شده توسط WHO)سازمان بهداشت جهانی) است و همچنین مورد تائید مراکز داخلی و بین المللی ذیل نیز می باشد:

وزارت بهداشت، درمان و آموزش پزشکی

OSHA (اداره بهداشت و سلامتی شغلی آمریکا)

NIOS (انستیتو ملی بهداشت و سلامت شغلی)

FDA (اداره دارو و مواد غذایی آمریکا)

EPA (آژانس حفاظت محیط زیست )

محصولات واکنش ازن

• در واکنش با مواد آلی، مولکول‌های کوچکتر تشکیل می‌شوند.
• ترکیبات حلقوی، شکسته می‌شوند.
• میکروانعقاد (flocculation) ، ترکیبات محلول را قابل فیلتر کردن می‌کند.
• حذف بو و مزه.
• سوختن (اکسیداسیون سریع) کاتالیزوری ترکیباتی که طبیعتا آهسته تجزیه می‌شوند، بر روی سطح کربن فعال قدرتمند و موثر.

عوامل تعیین میزان ازن مورد نیاز

میزان ازن مورد نیاز به عوامل زیر بستگی دارد:

• واکنش با مواد آلی طبیعی (NOM) در آب؛ تشکیل آلدئیدها، اسیدهای آلی، و همچنین اسیدهای aldo- and ketoacids (Singer, 1992)
• محصولات جانبی اکسیداسیون آلی. این مواد معمولا حساس‌تر به تخریب بیولوژیکی هستند و می‌توانند به صورت کربن آلی assimilable (AOC) یا کربن آلی حل شده‌ی قابل تجزیه به صورت بیولوژیکی (BDOC)، اندازه‌گیری شود.
• ترکیبات آلی مصنوعی. (SOCs) در شرایط ایده‌آل، می‌توان بعضی از این مواد را اکسیده و مینرالیزه نمود. برای دستیابی به مینرالیزه‌ کردن کل، اکسیداسیون رادیکال هیدروکسیل باید مکانیزم اصلی باشد، مانند آنچه که در فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته به دست می‌آید.
• اکسیداسیون یون برمید. اکسیداسیون یون برمید باعث تشکیل اسید هیپوبروموس، یون هیپوبرومیت، یون برومات، مواد آلی برمینه، و برم‌آمین‌ها می‌شود.
• یون‌های بیکربنات یا کربنات، که معمولا به صورت قلیائیت اندازه‌گیری می‌شوند، رادیکال‌های هیدروکسیل را مصرف نموده و رادیکال‌های کربنات تشکیل می‌دهند (Staehelin et al., 1984; Glaze and Kang, (1988. این واکنش‌ها برای فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته که مکانیزم اصلی، اکسیداسیون رادیکال است، مهم می‌باشند.

مقایسه عملکرد های ازن، اشعه U.V، دی اکسید کلر، کلر

UV	ازن	دی‌اکسید کلر	کلر
باقیمانده ندارد	باقیمانده ازن چند دقیقه فعال است	باقیمانده دی‌اکسید کلر روزها فعال است	باقیمانده کلر ساعت‌ها فعال است
انرژی الکتریسیته	هوای خشک محیط، انرژی الکتریسیته	مواد شیمیایی لازم: HCL و NaClO2	گاز کلر، هیپوکریت یا الکترولیز
قدرت گندزدایی: متوسط	قدرت گندزدایی: قوی‌ترین	قدرت گندزدایی: قوی	قدرت گندزدایی: متوسط
وابستگی به pH: ندارد	وابستگی به pH: کمتر	وابستگی به pH: ندارد	وابستگی به pH: شدید
محصولات جانبی: نیتریت	محصولات جانبی: برومات	محصولات جانبی: کلریت	محصولات جانبی: تری هالومتان ها، کلروآمین‌ها، کلروفنل‌ها و ترکیبات AOX

عملکرد ازن ژنراتور

این سیستم به صورتی کار می­کند که وقتی هوا به قسمتی که درون آن یک لامپ ماوراء بنفش قرار دارد، کشیده می­شود، هوا را به ازن تبدیل می­کند. ازن، یا مستقیم به داخل آب تزریق می­شود یا با استفاده از یک سیستم ونتوری کنارگذر(By pass) داخل آب می­شود.

در تزریق مستقیم، یک انژکتور ونتوری مستقیماً به خط برگشت استخر متصل می شود و عمل مکشی را ایجاد می کند که ازن را به داخل ونتوری می­کشد. سیستم ونتوری کنار گذر (By Pass) آب را مستقیماً بعد از پمپ چرخشی آب می­گیرد و قسمتی از آب را که از فیلترها و گرمکن می‌گذرد، سپس از داخل انژکتور ونتوری و داخل تیوپ اتصال عبور کرده و در انتها آب از خط برگشت به داخل استخر منتقل می­شود. شیر اطمینان به منظور جلوگیری از برگشت آب در صورت ایجاد اشکال در سیستم، تعبیه شده است.

دستگاه ازن ژنراتور می‌بایست در فاصله حداقل ۵ فوت (۵۲۴/۱) از دیوار داخلی استخر قرار گیرد و باید از لوله‌های غیرفلزی برای آن استفاده شود.

سیستم باید ۶ تا ۸ ساعت در روز برای کارآیی مناسب کار کند. ولی میزان کارکرد دستگاه با توجه به شرایط سیستم قابل تغییر است.

ازن از کلر برای ضد عفونی بسیار قوی­تر می باشد و مهم ترین نکته آن از بین بردن تمامی میکروارگانیسم­ها بدون در نظر گرفتن ماهیت آن و با سرعت بیشتر  می­باشد که در جدول مقایسه ازن و کلر و UV آمده است.
اجزاء پک ازن ژنراتور

یک پک ازن ژنراتور شامل:

• Ozone generator
• Mixer(venturi)
• Measured value control
• Ozone monitoring (optional)
• Strong tank

دیاگرام دستگاه ازن ژنراتور

دیاگرام دستگاه ازن ژنراتور به صورت زیر است:

 

مقادیر معمول افزایش ازن

گرم ازن برای یک متر مکعب آب	کاربرد
۴/۰	گند زدانی عمومی
حداقل ۵/۰ متداول ۵/۱ -۱ حد اکثر تا ۵	آب آشامیدنی
۸/۰  –  ۵/۱	استخر شنا
۵/۰  –  ۸/۰	برج­های خنک کننده

کاربرد سیستم ازن زنی در تصفیه آب و فاضلاب

• پیش تصفیه آب جهت تأمین آب مورد نیاز شرب
• ضد عفونی آب استخرهای شنا، جکوزی و آبنماها
• ضد عفونی آب مورد نیاز در واحدهای صنعتی و فرایندی
• ضد عفونی آب در هتل ها، بیمارستان ها، مدارس و …
• گندزدایی آب برجهای خنک کن و دیگهای بخار
• حذف آهن و منگنز از آب
• حذف مواد آلی از آب
• صنایع پرورش دام و طیور
• ضد عفونی آب در کشتارگاهها
• ضد عفونی آب مناطق نظامی و سربازخانه ها
• ضد عفونی آب در فرایند تولید آب بسته بندی
• گندزدایی فاضلاب
• تصفیه آب برگشتی حوضچه های سپتیک خانگی

ازن در ضد عفونی آب آشامیدنی

• گندزدایی
• اکسیداسیون آلوده‌کننده‌های معدنی مانند آهن، منگنز و سولفید
• اکسیداسیون آلوده‌کننده‌های میکرو آلی شامل ترکیبات بودار و مزه‌دار، آلودگی‌های فنلی و بعضی حشره‌کش‌ها
• اکسیداسیون مواد آلی ماکرو شامل برطرف کردن رنگ، افزایش قابلیت تجزیه بیولوژیکی ترکیبات آلی، کنترل محصولات جانبی قابل تجزیه (DPB)، و کاهش نیاز به کلر

پارامترهای لازم برای آنالیز

از دست دادن ترکیبات گندزدا توسط اکسیداسیون = نیاز پایدار

Compound	Chlorine	Chlorine dioxide	Ozone
iron (Fe2+)	۰,۶	۱,۲	۰,۴
Manganese   (Mn2+)	۱,۳	۲,۵	۰,۹-۲,۲
Nitrite (NO2–)	۱,۵	۳	۱
Sulfide(S2-)	۲-۹	۲-۱۶*	۱,۵-۶
Ammonia (NH4+)	۴-۳۲	۰	۰
Oxidation capacity	„۴,۴“	„۸,۴“	„۳“
COD	„۴,۴“	„۸,۴“	„۳“
„Profitol 2000“	?	?	?

مروری بر محدودیت‌های ازن

• تولید در محل مصرف
• نیاز به انرژی الکتریکی زیاد
• سرمایه‌گذاری نسبتا زیاد اولیه
• نیاز به درجه بالای مهارت کاربری و نگهداری
• تجزیه سریع در و دمای بالا
• زمان ماندگاری کوتاه
• به شدت خورنده و سمّی
• تشکیل محصولات جانبی گندزدایی (DBP)، خصوصا در حضور برمید، آلدئید، کتون‌ها و …
• نیاز به کربن فعال برای برطرف کردن کربن آلی تجزیه پذیر و محصولات جانبی قابل تجزیه بیولوژیکی