کاربردها و مزایای گاز ازن در تصفیه آب

ازن (O₃) یکی از قوی‌ترین اکسیدکننده‌ها در طبیعت است که به دلیل خواص ضد میکروبی و اکسیدکنندگی بالا، به‌طور گسترده‌ای در تصفیه آب مورد استفاده قرار می‌گیرد. این گاز ناپایدار که از سه اتم اکسیژن تشکیل شده است، می‌تواند باکتری‌ها، ویروس‌ها، قارچ‌ها و آلاینده‌های آلی را به سرعت از بین ببرد. کاربرد ازن در تصفیه آب به عنوان یک ماده ضد عفونی کننده، به دلیل عدم باقیماندن مواد شیمیایی مضر در آب و تجزیه سریع آن به اکسیژن، به‌ویژه در تصفیه آب آشامیدنی، آب استخرها، پساب‌های صنعتی و آبهای فرآیندی، مورد توجه قرار گرفته است. این ویژگی‌ها، ازن را به یکی از گزینه‌های مطلوب در سیستم‌های تصفیه آب تبدیل کرده است.

ازن ژنراتور تصفیه آب، تمامی باکتری‌ها و میکروب‌های موجود در آب را از بین برده و باعث بالا رفتن کیفیت آب خروجی از چاه می‌گردد. روش‌های مختلفی برای گندزدایی آب وجود دارد که مهمترین آنها استفاده از کلرزن، ازن زنی و استفاده از سایر گندزداها می‌باشد. روش سنتی گندزدایی آب، کلرزنی است که امروزه در بیشتر کشورهای دنیا، مخصوصاً کشورهای در حال توسعه، رایج می‌باشد.

مزایای گاز ازن در تصفیه آب

کاربرد گاز ازن در تصفیه آب بسیار گسترده است که در ادامه به مهمترین آنها اشاره می نماییم.

• کنترل طعم و بو: ازن قادر است ترکیبات فنولیک و دیگر ترکیبات مولد طعم را در آب شرب از بین ببرد. بو و طعم در منابع آبی بطور طبیعی از آلودگی‌های مواد آلی انسانی بوجود می‌آید. بدین ترتیب که باکتری‌ها با مصرف این مواد، بخصوص در آبهای سطحی باعث ایجاد طعم و بو می‌شوند.
• رنگ بری: از جمله کاربرد ازن در تصفیه آب، رنگ بری می باشد. علت بروز رنگ در آبهای سطحی وجود مواد آلی طبیعی نظیر اسیدهای تانیک، فلویک و هیومیک می‌باشند. ازن به این پیوندهای دوگانه مواد آلی حمله کرده و آنها را می‌شکند و حذف این پیوندهای دوگانه باعث حذف رنگ می‌شود. برای مواد فولویک و هویک دوز 1-3 میلی گرم ازن / میلی گرم کربن می‌تواند بر حذف تقریبا کامل رنگ تأثیر بگذارد. مطالعات دیگر نشان داده اند که 1 میلی گرم ازن در لیتر می‌تواند 10 واحد رنگ (CU) را از بین ببرد.
• حذف آهن و منگنز: ازن، مواد معدنی را بطور کامل اکسید نموده و موجب ته نشینی و حذف آنها می‌گردد. اهمیت عمده ازن در قابلیت شکستن ترکیبات آلی همراه با آهن و منگنز می‌باشد.
• حذف جلبک: ازناسیون آب های آلوده شده با جلبک، سبب اکسیداسیون و شناور شدن جلبک در سطح مخزن می‌شود.
• شفاف سازی آب: استفاده از ازن برای کنترل کدورت مزایای زیر را شامل می‌شود:

1. 1. کاهش مواد شیمیائی مورد نیاز برای فرایند انعقاد
   2. کاهش زمان مورد نیاز برای تشکیل فلوک ولخته سازی
   3. افزایش راندمان فیلتر شنی (حدود 50%)
   4. کاهش لجن حاصل از بک واش فیلتر

• تبدیل آفت کش ها به اسید فسفریک: ازن می‌تواند آفت کش های مالاتیون و پاراتیون را که ترکیباتی سرطان زا و خطرناک هستند به اسید فسفریک تبدیل نماید.
• حذف مواد آلی: حذف مواد آلی از آب یکی دیگر از انواع کاربرد ازن در تصفیه آب می باشد. گاز ازن بیشتر ترکیبات آلی نظیر قندها، فنل‌ها، الکل‌ها و غیره را اکسید کرده و خود به اکسیژن تبدیل می‌شود. ازن به همراه پراکسید هیدروژن، یونهای هیدروکسیل خیلی فعال را تشکیل خواهد داد که باعث حمله نوکلئوفیلیک روی ترکیبات آلی است که این باعث تغییر مکان هالوژنها و سایر گروههای عاملی نظیر آمین‌ها و سولفیدها می‌شود.
• عدم تولید پسماندهای مضر: در ضد عفونی و گندزدایی با روش تزریق ازن، پیش ازن زنی باعث تغییر شکل مواد آلی موجود در آب خام شده و مواد آلی دارای زنجیره طولانی و با تعداد مولکول زیاد را به مواد غیر قابل تجزیه بیولوژیکی و نیز برخی ترکیبات کوچکتر قابل تجزیه تبدیل می نماید. این امر بطور همزمان موجب افزایش اکسیژن محلول در آب می‌گردد و شرایط برای رشد باکتریهای هوازی مهیا می‌شود.
• افزایش کیفیت آب آشامیدنی: ازن یک اکسید کننده قوی است که می‌تواند به سرعت و به طور موثر، باکتری‌ها، ویروس ها، انگل ها، مواد آلی و معدنی مضر موجود در آب را از بین ببرد.
• کاهش خطر ابتلا به بیماریهای ناشی از آب آلوده: ازن می‌تواند به طور موثر، باکتری‌ها، ویروس ها و انگلهای موجود در آب را از بین ببرد. این امر باعث کاهش خطر ابتلا به بیماری های ناشی از آب آلوده مانند اسهال، وبا، حصبه و بیماریهای انگلی می‌گردد.
• کاهش مصرف مواد شیمیایی: تزریق ازن به آب می‌تواند جایگزین سایر روش‌های گندزدایی آب مانند کلرزنی شود. این امر باعث کاهش مصرف مواد شیمیایی و کاهش آلودگی محیط زیست می‌گردد. این مورد یکی از مهم ترین انواع کاربرد ازن در تصفیه آب به شمار می رود.
• صرفه جویی در هزینه‌های تصفیه آب: استفاده از ازن می‌تواند باعث صرفه جویی در هزینه‌های تصفیه آب گردد. این امر به دلیل کاهش مصرف مواد شیمیایی و کاهش نیاز به سایر فرآیندهای تصفیه آب می‌باشد.
• زلال سازی و تصفیه کامل پساب ها: در صورت استفاده از فیلتر کربنی در بخش فیلتراسیون، مواد آلی بر روی منافذ و سطح کربن فعال گرانولی جذب می‌شوند و لذا فیلتر بعنوان منبع تغذیه و رشد باکتریها ایفای نقش می نماید. در این صورت آبی که از چنین فیلترهایی عبور می نماید مواد آلی را در سطح فیلتر باقی گذاشته و از رشد باکتریها در آب پس از فیلتر جلوگیری بعمل می آورد. تحقیقات نشان داده است که استفاده همزمان از فیلتر کربنی و سیستم تزریق ازن باعث از بین رفتن کلی رنگ (90-95%) می‌شود. آبهای سطحی معمولاً می‌توانند در محدوده 2 تا 4ppm ازن، کاملا رنگ‌زدایی شوند.

برتری های ازن نسبت به کلر در تصفیه آب

1. کاهش مقادیر رنگ، طعم و بو به میزان قابل توجه
2. افزایش کارایی فیلتراسیون (حدود 50%)
3. افزایش راندمان گندزدائی
4. کاهش زمان مورد نیاز برای تشکیل فلوک و لخته سازی
5. کاهش مواد شیمیائی مورد نیاز برای فرایند انعقاد
6. کاهش ترکیبات تری هالومتان به میزان قابل توجه و نیز دیگر ترکیبات آلی کلر دار
7. کاهش لجن حاصل از بک واش فیلتر
8. خواص ویروس کشی و باکتری کشی عالی
9. ازن با نفوذ به داخل جداره میکروارگانیسم ها به دلیل درجه اکسیداسیون بالا باعث متلاشی شدن جداره آن ها می‌گردد که در این صورت میکروارگانیزم متلاشی شده و از بین می‌رود.
10. تولید آن در محل مقرون به صرفه و موثر است.
11. قدرت ازن زنی در ضد عفونی 25 برابر بیشتر از کلرزنی است.
12. فرآیند گندزدایی توسط گاز ازن در زمان های تماس کوتاه صورت می‌گیرد.
13. مشکلات ایمنی در رابطه با حمل و نقل و ذخیره گاز ازن در مقایسه گاز کلر ناچیز است.
14. آب تصفیه شده به علت افزایش غلظت اکسیژن محلول حاصل از گندزدایی از نظر (رنگ، بو و کدورت) از کیفیت بالایی برخوردارند.

در جدول زیر به مقایسه دو روش ازن زنی و کلرزنی در تصفیه آب می پردازیم.

شرح	ازن	کلر
روش ضد عفونی	شیمیایی	شیمیایی
زمان تأثیر گذاری بر میکروب	600 ثانیه	1200 ثانیه
تغییرات در ترکیب آب	دارد	دارد
مواد شیمیایی زائد	ندارد	دارد
پیدایش ترکیب آلی و اکسیدهای خطرناک	ندارد	دارد
تخریب محیط زیست	ندارد	دارد
خطر انفجار و نشست گاز به محیط	ندارد	دارد
امکان ایجاد آلرژی	ندارد	دارد
تسریع زنگ زدگی	ندارد	دارد
سرطان زایی	ندارد	دارد
نیاز به نگهداری مواد شیمیایی	ندارد	دارد

معایب ازن نسبت به کلر در تصفیه آب

• هزینه نصب و راه اندازی این دستگاه بالاست و نیاز به تخصص دارد.
• ناپایداری و عدم ایجاد باقیمانده در آب که البته این موضوع از طرفی می‌تواند جزء مزایای ازن نیز باشد.
• ایجاد ترکیبات جانبی مضر
• عدم امکان ذخیره سازی جهت موارد اضطراری همچون قطع برق
• امکان خوردگی لوله‌های فلزی بدلیل افزایش اکسیژن

مقایسه روشهای مختلف گندزدایی در تصفیه آب

در جدول زیر می توانید مقایسه روش های مختلف گندزدایی آب را مشاهده نمایید.

مقایسه تزریق ازن با سایر روشهای گندزدائی آب
نوع روش	معایب	محاسن
کلر	ایجاد بو (در صورت دوز بالا) ایجاد THM سمی بودن کلر خطرناک بودن گاز کلر خورنده بودن کلر	قدرت میکروب کشی بالا ایجاد باقی مانده در آب هزینه کم قدرت اکسیداسیون مواد آلی از بین بردن بو
ازن	ایجاد برات ها در آب برق مصرفی زیاد عدم تأثیر بر آلودگیهای ثانویه	قدرت میکروب کشی بالا عدم ایجاد محصولات جانبی خطرناک بالابردن اکسیژن محلول آب قدرت اکسیاسیون مواد آلی
اشعه UV	عدم تأثیر بر آلودگیهای ثانویه تأثیر کمتر از کلر بی تأثیری در صورت وجود کدورت	عدم ایجاد محصول جانبی ایمن بودن هزینه کم
فرایندهای غشائی	از بین نبردن میکروبها تأثیر کم بر میکروارگانیسمهای ریز عدم تأثیر بر آلودگیهای ثانویه نیاز به تعویض	عدم ایجاد محصول جانبی ایمن بودن قابلیت ساخت نمونه‌های کوچک و قابل حمل بی خطر بودن

راهنمای استفاده از گاز ازن در ضد عفونی آب استخر شنا

قوانین تصفیه آب استخرهای شنا در ایران از قوانین اروپایی الگوبرداری شده است. در حالی که در کشورهای پیشرفته، مانند کانادا، استفاده از کلر به تنهایی برای تصفیه آب استخر ممنوع است. در آلمان که از اولین کشورهایی بود که مجموعه استانداردهای کیفیت آب آشامیدنی و استخر را در جهان تدوین کرد، ازن به عنوان بهترین ضدعفونی کننده انتخاب شده است.

در حال حاضر، بهترین روش تصفیه آب استخرهای سرپوشیده یا سرباز و تصفیه آب و از بین بردن جلبک در آب‌نماها، استفاده از گاز ازن است. این روش مزایای فراوانی دارد و به همین دلیل روز به روز در حال گسترش است. ازن هیچ باقیمانده سمی در آب باقی نمی گذارد لذا نیاز به تعویض آب استخر را کاهش می‌دهد و باعث صرفه جویی در مصرف آب می‌شود.

ازن و کلر اثر متفاوتی بر روی میکروارگانیسم ها دارند. ازن بر روی دیواره میکروارگانیسم ها اثر می گذارد، در حالی که کلر باید از دیواره عبور کند و به هسته آنها نفوذ کند. به همین دلیل، ازن 3000 بار سریعتر از کلر عمل استریل کردن را انجام می‌دهد. همچنین، طیف استریل کنندگی ازن بسیار گسترده تر از کلر است.

کلر با برخی از املاح آب ترکیب می‌شود و نمک تولید می‌کند. این نمک ها بر روی سطوحی مانند کاشی و سرامیک رسوب می‌کنند. ازن این مشکل را ندارد و حتی به شفاف سازی آب کمک می‌کند. ازن بار ذرات معلق ریز در آب را خنثی می‌کند و باعث می‌شود که این ذرات به هم بچسبند. این امر باعث می‌شود که فیلتر آب بهتر عمل کند.

ازن کمتر از کلر باعث خوردگی دیواره استخر، لوله‌ها و سایر تجهیزات می‌شود. همچنین، ماندگاری آب استخر شنا را افزایش می‌دهد و باعث از بین رفتن بو، رنگ و طعم آب استخر می‌شود. بخارات سمی کلر در محوطه استخر می‌تواند باعث بروز مشکلاتی مانند تغییر شکل ناخن، قرمزی چشم و خارش پوست شود. همچنین، غریق نجات ها و شناگران حرفه ای بیشتر از سایر افراد در معرض خطر ابتلا به آسم ناشی از بخارات کلر هستند. ازن این مشکلات را ایجاد نمی‌کند.

دلایل استفاده از گاز ازن در ضد عفونی استخرهای شنا

• کلر محصولات سرطانزا تولید می‌کند (تری هالومتانها و آمینو اسیدها)، در صورتیکه ازن این مواد را از بین می‌برد.
• گاز ازن می تواند باکتری‌ها، ویروس‌ها و تک‌یاخته‌هایی که باعث اسهال‌های شدید شناگران می‌شوند و کلر قادر به حذف آنها نیست را از بین ببرد. با باقی مانده ازن حل شده 0.05 میلی گرم در لیتر یا بالاتر، از کشته شدن تمام باکتری‌ها، ویروس ها و قارچ ها مطمئن می‌شوید.
• گاز‌های متصاعد شونده در اثر تزریق کلر، مولد آسم می‌باشند.
• با تزریق ازن، گازهای خورنده زیرساخت‌های استخر خنثی می‌شوند.
• گاز ازن در صورت استفاده همزمان با کلر بلافاصله بوی کلر را از بین می برد و می تواند منجر به کاهش مصرف انرژی در اثر کاهش زمان روشن بودن فن‌ها گردد.
• استفاده از سیستم تزریق گاز ازن، باعث افزایش عمر مفید فیلترهای شنی می‌گردد.
• قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی مانند کلر و مشتقات آن و کلرامینها و یا کلروفرم باعث آسیب به اپیتلیوم‌های تنفسی و ورم غشاء مخاطی مجاری تنفسی و ریه شناگران می‌گردد که هر دو مورد با واکنش‌های التهابی شدید همراه است.
• ازن برخلاف کلر، میزان اسیدیته آب را کاهش می دهد و در نتیجه نیازی به تزریق مواد شیمیایی تعدیل کننده اسیدیته آب ندارد.
• ازن در محل تولید می‌شود و به ذخیره‌سازی و حمل و نقل نیاز ندارد.
• ازن استفاده‌ نشده به اکسیژن تبدیل می‌شود و باعث رسیدن اکسیژن به نقطه اشباع طبیعی آب می‌گردد. این امر باعث تمیزتر، درخشان‌تر و شفاف‌تر شدن آب استخر ضد عفونی شده می‌شود.

روش‌های تزریق ازن به آب

ازن بصورت طبیعی یک گاز است و برای تصفیه آب باید وارد آن شود تا بتواند به درستی عمل ضد عفونی و اکسیداسیون را انجام دهد. در ادامه روش‌های اصلی تزریق ازن به آب را بررسی می‌کنیم:

استفاده از دیفیوزر

تزریق ازن با فشار از کف ستون آب (تزریق کننده حبابی)، قدیمی ترین روش تزریق و ایجاد حباب ازن است. در این روش، گاز ازن از زیر یک ستون بلند آب بوسیله “سنگ حباب” و یا لوله ای با چندین سوراخ روی آن، وارد آب می‌شود. برای اثربخشی ازن در آب، ارتفاع ستون آب می بایست بین 6 تا 10 متر باشد.

تزریق کننده ونتوری

ونتوری با ایجاد اختلاف فشار بین ورودی و خروجی باعث مکش ازن به داخل تزریق کننده شده و ازن را با آب مخلوط می‌کند. ونتوری برای تزریق ازن به خط لوله به کار می‌رود. ویژگیهای تزریق کننده ونتوری:

• • سرعت بالای انتقال ازن (حدود 90%)
  • نیاز به پمپ آب برای شروع مکش
  • به ندرت کارآیی کاهش می‌یابد
  • عدم وجود بخش متحرک

استفاده از ستون تماس

در روش ستون تماس، آب از بالای یک ستون عمودی وارد می‌شود و ازن از پایین به صورت حباب‌های ریز به داخل ستون تزریق می‌شود. این طراحی به ازن اجازه می‌دهد تا در مدت زمان طولانی‌تری با آب در تماس باشد و به حداکثر انحلال برسد. این روش به دلیل افزایش زمان تماس ازن با آب، راندمان بالایی دارد، اما به فضای زیادی نیاز دارد و هزینه ساخت آن نیز بالاست. به همین دلیل، بیشتر در کاربردهای صنعتی که نیاز به تصفیه حجم بالای آب است، استفاده می‌شود.

میکسر استاتیک

در روش میکسر استاتیک، ازن از طریق یک ورودی به داخل میکسر تزریق می‌شود. این میکسر دارای پره‌های ثابتی است که جریان آب را به صورت گردابی به هم می‌زند. با عبور آب از میان پره‌ها، ازن به طور یکنواخت در آب پخش می‌شود. این روش به دلیل راندمان اختلاط بالا و کاهش نیاز به انرژی مکانیکی، بسیار مورد توجه است. با این حال، طراحی دقیق میکسر برای جلوگیری از افت فشار بیش از حد ضروری است.

تزریق ازن به آب تحت فشار

در این روش، ازن به صورت فشرده به آب تزریق می‌شود. این روش معمولاً در سیستم‌های بسته و فشرده استفاده می‌شود که نیاز به تزریق ازن با فشار بالا دارند. از مزایای این روش می‌توان به افزایش راندمان حل‌شدن ازن اشاره کرد. از طرف دیگر، تجهیزات مورد نیاز برای تحمل فشار بالا می‌توانند هزینه‌بر باشند. این روش بیشتر در کاربردهای صنعتی که نیاز به تصفیه دقیق و موثر دارند، به کار می‌رود.

فرمول محاسبه دوز ازن برای تصفیه آب

دوز ازن (mg/L) = غلظت آلاینده (mg/L) × ضریب مصرف ازن (مطابق نوع آلودگی)

مثلا اگر میزان آلودگی (مانند آهن) 2mg/L باشد و ضریب مصرف ازن 1.5 (برای اکسیداسیون آهن)، دوز ازن مورد نیاز معادل 3 میلیگرم در لیتر خواهد بود (دوز ازن = 2×1.5 = 3mg/L).

• ضریب مصرف ازن بستگی به نوع آلودگی دارد (مثلاً 1 تا 3 برای باکتری‌ها، 0.5 تا 2 برای مواد آلی) می باشد.
• زنگ تماس: دوز × زمان تماس (معمولاً 0.1 تا 5mg/L برای 1 تا 10 دقیقه).

در حالت کلی و بمنظور داشتن اعدادی تخمینی، برای ضد عفونی آب معمولاً تزریق 0.5 تا 2 میلیگرم گازن ازن به ازای هر لیتر آب استخر شنا کافی است.