ازن ژنراتور
ازن گازی است بی رنگ، سمی، ناپایدار با بویی مخصوص و سوزآور در لایه استراتوسفر، خورشید مرتبا قسمتی از اکسیژن موجود در هوا را به ازن تبدیل می کند.
ازنی که بدین شکل تولید می شود قابلیت جذب اشعه ماورای بنفش خورشید را دارد. همین لایه ازن است که حیات را بر روی زمین امکان پذیر می کند. از ازن ژنراتور برای باکتری زدایی و ضدعفونی کردن هوا و آب و مواد دیگر در فرآیندهای صنعتی استفاده می شود.
ازن مولکول بسیار فعالی است که قابلیت اکسیدزدایی بالایی دارد. همین قابلیت است که ازن ژنراتور را به یک ماده بسیار مفید جهت ضدعفونی کردن قابل توجه می سازد.
ازن ژنراتور صنعتی، گازی است که می توان با استفاده از اشعه ماورای بنفش و یا با ایجاد رعد و برق مصنوعی و گذرانیدن هوا از میان آن بوجود آورد.
با گذراندن هوا از میان برق با ولتاژ بالا، اتم های موجود در مولکول اکسیژن از یکدیگر جدا شده، با مولکول اکسیژن دیگر ترکیب می شود و مولکولی از سه اتم اکسیژن به وجود می آورد که همان گاز ازن می باشد.
در واقع ازن به وسیله انرژی دادن به اکسیژن یا هوای خشک تولید می شود. میدان الکتریکی پرانرژی ( کرونا ) باعث واپاشی اکسیژن می شود.
هر مولکول اکسیژن تولید شده با یک مولکول اکسیژن دیگر واکنش داده و یک مولکول ازن تولید می شود.
این واکنش برگشت پذیر بوده و ازن به محض تشکیل به اکسیژن تجزیه می شود. سرعت این واکنش برگشتی در دمای بالای 35 درجه سانتیگراد بسیار زیاد است.
ازن به دو روش می تواند تولید شود:
ازن ژنراتور
- تابش UV
- تخلیه کرونا
تولید ازن به روش UV همان روشی است که ازن در اتمسفر بالایی تولید می شود. تابش UV ( کمتر از 200nm ) بوسیله یک لامپ تولید شده و از میان هوای خشک یا اکسیژن عبور داده می شود. ازن در اثر واکنش های شیمیایی تولید می شود.
غلظت ازن تولید شده به این روش 0.25 درصد به مراتب کمتر از ازن تولید شده به روش تخلیه کرونا است. این روش فقط برای سیستم های کوچک مناسب بوده، هزینه ی سرمایه گذاری کمی لازم داشته و نگهداری آن نسبتا آسان است.
متداول ترین روش تولید ازن برای تصفیه خانه های آب، راکتور تخلیه کرونا است. این راکتور متشکل از دو الکترود قرار داده شده با فاضله از هم است.
جریان با ولتاژ بالا در یک ماده ی دی الکتریک برقرار شده و گاز خوراک بین الکترودها جریان می یابد. غلظت ازن از 1 تا 3/5 درصد وزنی با خوراک هوای خشک و سرد تا 2 تا 7 درصد با خوراک اکسیژن متغیر است.
مزایای تولید ازن در محل
به دلیل کوتاه بودن طول عمر ازن ژنراتور باید این گاز را در محل تولید کرد. از مزایای تولید در محل این است که از مشکلاتی از قبیل حمل و نقل و یا نگهداری در انبار جلوگیری می شود. از دیگر مزایای این گاز این است که وقتی در محل تولید می گردد می تواند از غلظتی برابر با 200000ppm برخوردار شود. هرگاه این گاز در آب آزاد گردد، غلظت آن فقط به چند ppm تنزل می یابد و پس از اینکه قسمتی از گاز آزاد شده در آب، در نهایت به سطح آب و به هوای آزاد می رسد. به سختی می توان غلظت آن را بیش از 0.1 ppm اندازه گیری نمود و پس از مدت کوتاهی اثری از ازن در آب باقی نمی ماند.
ازن برای اولین بار در دهه ی نخست قرن بیستم برای گندزدایی منابع آب در فرانسه مورد استفاده قرار گرفت. کاربرد آن رفته رفته به چندین کشور اروپای غربی و نهایتا به آمریکای شمالی گسترش یافت. بیش از 1000 مورد تاسیسات گندزدایی با ازن در سراسر جهان وجود دارد که تقریبا تمامی آن ها به منظور گندزدایی منابع آب مورد استفاده می باشند. در حدود 200 مورد از تاسیسات در آمریکای شمالی در حال بهره برداری است. یکی از کاربردهای متداول دستگاه ازن ساز در تاسیسات از بین بردن عوامل ایجاد مزه، بو و رنگ است.
تاثیر ازن بر روی دیواره باکتری ها، 51% بیشتر از کلر و از نظر زمانی نیز 3100 برابر سریع تر از کلر عمل می کند.
ازن قابلیت کشتن و از بین بردن میکروارگانیسم های مختلف شامل انواع باکتری ها، قارچ ها، ویروس ها، مخمرها و جلبک ها را دارد. ازن در برابر کیت های پرتوزدایی چون ژیاردیا و کریپتوسپوریدیوم نیز موثر بوده که کلر فاقد این خاصیت است.
مزایای ازن
- ازن خاصیت بوزدایی داشته و خیلی سریع با اکثر میکروارگانیسم های تولید بو واکنش داده و آنها را اکسید می کند ولی کلر باعث ایجاد بو و طعم در آب می شود.
- ازن رنگ و کدورت آب را می گیرد.
- ازن فلزات محلول را اکسید می کند
میل ترکیبی شدید ازن برای اکسید کردن انتخابی نیست، از این رو همه ناخالصی های موجود در آب چه مضر و چه بی خطر، از اکسیده شدن توسط ازن در امان نیستند.
به همین خاطر مصرف ازن مورد نیاز بدون توجه به درجه آلودگی از دید بهداشتی، به کیفیت آب بستگی دارد.
از این رو ممکن است هزینه ازن زنی برای بعضی از آب ها کاملا غیرمنطقی باشد. حتی بعضی از باکتری های بیماری زا که در برابر کلرزنی مقاومت می کنند، با ازن به راحتی از بین می روند به علاوه ادعا می شود که استفاده از ازن باعث تشکیل محصولات با بوی ناخوشایند چون کلروفنل و یا ترکیبات مضر چون ترکیبات آلی کلرینه نمی شود.
کاربرد ازن در تصفیه فاضلاب
اگر چه ازن در گذشته بیشتر به منظور گندزدایی آب مورد استفاده بوده است. پیشرفت های اخیر در تولید و فناوری ایجاد محلول آن، این گندزدا را برای استفاده در گندزدایی فاضلاب از نظر اقتصادی قابل رقابت کرده است.
از ازن ژنراتور همچنین می توان در تصفیه ی پیشرفته فاضلاب به منظور حذف مواد آلی مقاوم، به جای فرآیند جذب سطحی کربن استفاده نمود.
اخیرا ازن به دلیل قدرت اکسیداسیون و گندزدایی بالای خود در صنعت تصفیه آب و فاضلاب توجه زیادی را جلب نموده است. ازن به خوبی برای حذف بو، مزه و رنگ و همچنین ترکیبات آلی موجود در آب مورد استفاده قرار می گیرد.
ازون ژنراتور یکی از قوی ترین عوامل اکسید کننده می باشد و قدرت اکسید کنندگی ترکیبات آلی و معدنی با ازن به پتانسیل اکسیداسیون آن مربوط می شود.
واکنش شیمیایی ازن با ترکیبات آلی در محلول های آبی بسیار پیچیده می باشد. مولکول ازن می تواند مواد آلاینده موجود در آب و فاضلاب را با روش اکسیداسیون مستقیم که بصورت انتخابی عمل می کند اکسید نماید و یا از طریق مکانیسم واکنش های زنجیره ای که تولید رادیکال های هیدروکسیل آزاد می نماید و به صورت غیر انتخابی عمل می کند تجزیه کند.
با توجه به اینکه ساختار مولکولی ازن در محلول های آبی به صورت قطبی می باشد. لذا واکنش ازن مولکولی به عنوان یک ترکیب قطبی با آلاینده های آلی از طریق واکنش های الکتروفیلیک حلقه زایی و نوکلئوفیلیک انجام می گیرد.
در محیط های آبی بیشتر واکنش ها الکتروفیلیک و حلقه زایی بوده و واکنش های نوکلئوفیلیک تنها در تعدادی از سیستم های غیر آبی انجام می گیرد. بنابراین ازون ژنراتور یک ترکیب با واکنش پذیری بالا و تقریبا نامحلول در آب می باشد.
نیمه عمر مولکول ازن در آب وابسته به pH، دما و غلظت ترکیبات آلی و معدنی محلول در آب در محدوده ی چند ثانیه تا چند دقیقه می باشد.
مقدار pH محلول تاثیر بسیار مهمی در تجزیه ازن در آب دارد. pH قلیایی سبب افزایش تجزیه ازن می شود. در pH کمتر از 3، رادیکال های هیدروکسیل نمی تواند تاثیری در تجزیه ازن داشته باشند. در pH بین 7 تا 10، نیمه عمر معمول ازن در آب بین 15-20 دقیقه می باشد.
مزایای ازن ژنراتور
- خواص ویروس کشی و باکتری کشی عالی دارد.
- ازن با نفوذ به داخل جداره میکروارگانیسم ها به دلیل درجه اکسیداسیون بالا باعث متلاشی شدن جداره آن ها می گردد که در این صورت میکروارگانیزم متلاشی شده و از بین می رود.
- افزایش راندمان گندزدایی
- تولید آن در محل مقرون به صرفه و موثر است.
- تشخیص بوی آن توسط حس شامه انسان بیار آسان است.
- ازن قادر است 99/99% باکتری ها را از بین ببرد 25 برابر بیشتر از ترکیبات کلر است.
- فرآیند گندزدایی توسط گاز ازن در زمان های تماس کوتاه صورت می گیرد.
- مشکلات ایمنی در رابطه با حمل و نقل و ذخیره گاز ازون ژنراتور در مقایسه گاز کلر محدود است.
- آب های تصفیه شده به علت افزایش غلظت اکسیژن محلول حاصل از گندزدایی ازن همچنین کیفیت پساب فاضلاب ها از نظر ( رنگ، بو و کدورت ) از کیفیت بالایی برخوردارند.
یکی دیگر از مزایای مربوط به استفاده از ازن برای گندزدایی آن است که غلظت اکسیژن محلول جریان خروجی به واسطه ی تجزیه ی ازن به اکسیژن پس از کاربرد تا نزدیک به سطح اشباع افزایش می یابد.
این افزایش اکسیژن ممکن است نیاز به هوادهی مجدد پساب خروجی به منظور تامین معیارهای مورد نیاز اکسیژن محلول را مرتفع نماید. علاوه براین، به دلیل تجزیه ی سریع ازن، همانند کلر باقی مانده هیچ ماده شیمیایی باقی مانده ای در جریان خروجی تصفیه شده وجود نخواهد داشت.
معایب ازن ژنراتور
- هزینه نصب و راه اندازی
- ناپایداری و عدم ایجاد باقیمانده در آب
- ایجاد ترکیبات جانبی مضر ( این ترکیبات نسبت به ترکیبات جانبی کلر از حجم و عوارض کمتری برخوردار است ).
- عدم امکان ذخیره سازی جهت موارد اضطراری
- امکان خوردگی لوله ها بدلیل افزایش اکسیژن داخل
عوامل موثر بر عملکرد گندزداها:
فاکتورهای متعددی بر فرآیند گندزدایی و عملکرد این مواد تاثیر می گذارند که مهمترین آن ها عبارتند از:
- زمان تماس
- غلظت ماده گندزدا
- دمای فاضلاب : با تغییر دمای فاضلاب سرعت گندزدایی تغییر می کند.
- pH فاضلاب : ازن در pH بالاتر سریع تر تجزیه می شود. در واقع افزایش pH باعث کاهش ازن باقیمانده برای گندزدایی می شود.
- غلظت مواد جامد معلق : مواد معلق برای باکتری ها مانند پناهگاه عمل می کنند و می توانند ازن مورد نیاز را افزایش دهند.
- شدت و نحوه اختلاط
- نوع ارگانیزم : تاثیر ازن بر باکتری ها متفاوت است. معمولا ویروس ها نسبت به باکتری ها مقاومت بیشتری در مقابل گندزدایی ازن دارند.
- سایر اجزای فاضلاب : بسیاری از اجزای فاضلاب با ازن واکنش می دهند. بنابراین ازن به کار رفته بایستی به گونه ای تنظیم شود که باقیمانده ازن در دسترس برای گندزدایی کافی باشد. ترکیبات آلی و غیرآلی می توانند مقدار ازن مورد نیاز را افزایش دهند. ترکیبات احیا شده ی غیرآلی مانند نیتریت، سولفید، آهن و منگنز توسط ازن اکسید می شوند.اثر رنگ و مواد آلی ( که معمولا به صورت COD، BOD اندازه گیری می شوند ) بر گندزدایی ازن متفاوت است.
چه موادی با ازن سازگاری دارند؟
- سرامیک
- شیشه
- استنلس استیل L316 و L304
- تفلون ETFE و PTFE
- گورتکس
چه موادي با ازن سازگاري ندارند؟
ازن باعث نابودي فولاد، مس ، لاستيك ، وكائوچو مي شود.
بهمین دلیل باید همه ی دستگاه های تزریق ازن و لوله هاي متعلق به دستگاه كه محل عبور ازن محلول است باید از جنس فولاد ضد زنگ يا آلومينيوم باشد .
نیمه عمر ازن چقدر است؟
در شرایط استاندارد (در دمای 21 درجه سانتیگراد و فشار معادل یک بار) نیمه عمر ازن معادل 20 دقیقه می باشد.
نیمه عمر ازن حل شده در
- در pH 6 برابر 20 دقیقه
- در pH 7 برابر 15 دقیقه
- در pH 8 برابربا 5 دقیقه
می باشد.
روش های تزریق ازن
دستگاه ازن ژنراتور می تواند به دو صورت تزریق شود :
- تزریق با ونتوری
- تزریق با دیفیوزر
به طور خلاصه می توان گفت ازن اکسیدکننده و ویروس کش فوق العاده قوی است و عموما موثرتر از کلر تصور می شود به طوری که اغلب فکر می کنند کشتار باکتریایی به وسیله ازن زنی به طور مستقیم ناشی از تجزیه سلولی ( تخریب سلولی ) است.
فرآیند ازن زنی سبب تولید مواد جامد محلول نمی شود. مزیت دیگری که در استفاده از ازن برای ضدعفونی وجود دارد این است که غلظت اکسیژن در پساب خروجی تا حدود سطح اشباع افزایش می یابد زیرا ازن پس از مصرف به سرعت به اکسیژن تجزیه می شود.
این امر موجب حذف نیاز به هوادهی مجدد پساب برای رعایت استاندارهای کیفیت آب از لحاظ اکسیژن محلول می شود. علاوه بر آن چون ازن به سرعت تجزیه می شود برخلاف کلر باقی مانده در پساب تصفیه شده، هیچ باقی مانده شیمیایی که نیاز به جداسازی داشته باشد، نخواهد ماند.
