دانلود تحقیق تکنولوژی استفاده از ازن در گندزدایی آب فاضلاب

فصل اول: تکنولوژی استفاده از ازن در گندزایی فاضلاب مقدمه : گندزدایی به عنوان مهمترین مرحله از مکانیسم غیر فعال سازی یا انهدام میکروبهای بیماریزا ( پاتوژنها) محسوب میشود که به منظور جلوگیری از انتشار بیماریهای ناشی از آلودگی آبها در محیط زیست و ساکنین حریم رودخانه ها بکار میرود .

نکته مهم این است که فاضلاب بایستی قبل از گندزدایی تصفیه شود تا اینکه عمل گندزدایی بطور موثر انجام پذیر باشد .

جدول شماره یک لیست برخی میکروارگانیسم هایی که معمولا در فاضلاب خانگی یافت می شود و بیماریهای ناشی از آن را نشان میدهد .

زمانی که مولکولهای اکسیژن بوسیله یک منبع انرژی به اتم های اکسیژن تجزیه می شوند و متعاقب آن این اتم های اکسیژن با مولکول اکسیژن برخورد می کنند گاز ناپایدارازن (O3 (تولید میشود که برای گندزدایی فاضلاب بکار میرود ، در بیشتر تصفیه خانه های فاضلاب ازن از طریق عبور گاز حاوی اکسیژن از میان جریان متناوب با ولتاژ بالا ( 6 تا 20 کیلوولت ) بین دو الکترود که توسط دی الکتریک و فاصله تخلیه از هم جدا میشوند تولید می شود .

ازن در محل تهیه می شود زیرا بسیار ناپایدار است و در چند لحظه پس از تولید به عنصر اکسیژن تجزیه می شود .

ازن ویروس کش و اکسید کننده قوی است .

مکانیسمی که ازن برای گندزدایی بکار می برد شامل موارد زیراست : اکسیداسیون یا انهدام مستقیم دیواره سلولی بطوریکه اجزائ سازنده سلول به بیرون تراوش می کند.

واکنش سلول با رادیکالهای آزاد شده از تجزیه ازن .

آسیب رساندن به هسته یا اسید نوکلوئیک سلول .

زمانیکه ازن در آب تجزیه می شود رادیکالهای آزاد هیدروژن پر اکسی (HO°2) و هیدروکسیل (OH°) تشکیل میشود که خاصیت اکسید کنندگی بسیار بالایی داشته و نقش مهمی در فرآیند گندزدایی ایفا می کنند .

عموما چنین تصور می شود که باکتریها بعلت اکسیداسیون پروتوپلاسم و در نتیجه تجزیه دیواره سلولی منهدم می شوند ( زوال و فساد سلول ) .

میزان گندزدایی به نوع میکروارگانیسم ، زمان تماس و غلظت ازن بستگی دارد .

در شکل شماره یک نمودار فرآیند ازن زنی را نشان داده شده است .

هوا یا اکسیژن خالص بعنوان منبع گاز تغذیه ( گاز ورودی ) استفاده می شود و این گاز در شدت جریان معینی از ژنراتور ازن عبور میکند ، انرژی مورد نیاز برای تولید ازن بوسیله تخلیه الکتریکی در یک گاز( اکسیژن )تولید می شود .

ژنراتور های ازن بر اساس موارد زیر رده بندی می شود: مکانیسم کنترل ( کنترل ولتاژ یا فرکانس) مکانیسم خنک سازی ( با آب ‌، هوا یا آب و روغن ) نحوه قرارگیری صفحات دی الکتریک ( افقی یا عمودی ) کارخانه سازنده اگر چه ژنراتورهای ساخته شده توسط کارخانه های مختلف خصوصیات منحصر به فرد خود را دارند اما همگی آنها دارای برخی ساختارهای مشترک هستند .

روش تخلیه الکتریکی متداول ترین منبع انرژی مورد استفاده در تولید ازن است .

هوای کا ملا خشک یا اکسیژن خالص به یک سیستم کنترل شده با ولتاژ بسیار بالا در یک فرکانس بالا یا پایین نفوذ می کند .

نقطه شبنم گاز ورودی باید C ُ60 - یا پایین تر باشد .بخار گاز تولید شده از هوا شامل 5/0 تا 3 درصد وزنی, ازن خواهند بود در حالیکه اکسیژن خالص حدود دو تا چهار برابر آن را ایجاد می کند .

ازن پس از تولید ، به واحد تماس دهنده ، محلی که فاضلاب برای ضد عفونی شدن قرار دارد وارد می شود هدف اصلی از واحد تماس دهنده این است که ازن را از میان حبابهای گاز به درون توده مایع در حالیکه زمان کافی برای گندزدایی ایجاد شده عبور دهد ، انواع رایج تماس دهنده های ازن مورد استفاده عبارتند از : پمپ فشار مثبت ، پمپ فشار منفی ( ونتوری)و آبیاری مکانیکی و برج فشرده .

چون ازن سریعا تحلیل می رود( ازبین می رود ) لذا باید بطور یکنواخت در نزدیکی دهانه محفظه تماس( در نزدیکترین محل جریان) با فاضلاب تماس پیدا کند .

گازهای خروجی از محفظه تماس جهت جلوگیری از رها شدن ازن باقی مانده در اتمسفر بایستی تصفیه شود بنابراین ضروریست برای بالا بردن بازده تصفیه, مطلوب ترین دوز مورد نیاز ازن تعیین و بکار گرفته شود.

وقتی اکسیژن خالص به عنوان گاز تغذیه استفاده میشود گازهای خروجی از محفظه تماس دوباره می تواند به چرخه ازن وارد شده یا برای استفاده مجدد در تانک هوادهی وارد شود باقیمانده ازن که مورد استفاده قرار نمی گیرد به واحد انهدام ازن فرستاده می شود .

پارامترهای کلیدی , کنترل ، فرآیند، دوز ترکیب و زمان تماس میباشد.

هدف نهایی یک سیستم گند زدای ازن حل شدن حداکثر میزان ازن در فاضلاب است ‏چرا که میزان گندزدایی به مقدار ازن تماس یافته با فاضلاب بستگی دارد .

مقدار ازن حل شده در فاضلاب در زمان ثابت به فشار گاز ازن و شدت جریان گاز تغذیه بستگی دارد .

ضروری است که کلیه سیستم های گند زدائی ازن برای اطمینان از شرایط مجاز مربوط به سایت مورد نظر ابتدا بصورت پایلوت بررسی شده و قبل از نصب کالیبره گردند .

کاربرد : گند زدائی با ازن معمولاً در تصفیه خانه های متوسط تا بزرگ حداقل بعد از تصفیه ثانویه مورد استفاده قرار میگیرد .

علاوه بر گند زدائی ، استفاده معمول دیگر از ازن در تصفیه فاضلاب برای کنترل بو میباشد .

با وجود اینکه گند زدائی با ازن در اروپا بطور گسترده مورد استفاده قرار گرفته اما در ایالات متحده بصورت محدود مورد استفاده قرار گرفته است .

ازن در مقایسه با کلر یا اشعه uv توانایی انجام حد بالایی از گندزدایی را دارد اگر چه هزینه های سرمایه ای مانند تعمیر و نگهداری در مقایسه با سایر گزینه ها قابل قیاس نیست ، بنابراین ازن بطور محدود و در موارد خاص ، جایی که سایر گزینه ها مؤثر نیستند مورد استفاده قرار میگیرد .

محاسن و معایب : محاسن : ازن برای انهدام ویروسها و باکتریها بسیار موثر تر از کلر است.

زمان تماس مورد نیاز برای فرایند ازوناسیون کوتاه است ( تقریبا 10 تا 30 دقیقه ) هیچ ماده باقیمانده خطرناکی که نیاز به حذف شدن آنها باشد وجود ندارد چرا که ازن بعد از ازوناسیون سریعا تجزیه می گردد.

بعد از ازوناسیون رشد مجددی از میکروارگانیسمها وجود ندارد بجز آنهایی که توسط ذرات در جریان فاضلاب محافظت می شوند .

ازن در محل تولید شده و بنابراین مشکلات ایمنی کمتری در ارتباط با بارگیری و تخلیه آن وجود دارد.

ازوناسیون غلظت اکسیژن حل شده (DO) در فاضلاب را بطور موثر بالا می برد .و این امر سبب حذف نیاز به هوادهی مجدد و نیز بالا رفتن سطح DO در جریان ورودی می شود .

معایب: مصرف ازن با دوز کمتر ممکن است بطور موثر قادر به غیر فعال سازی بعضی از ویروسها؛ هاگها و کیستها نباشد .

تکنولوژی استفاده از ازوناسیون نسبت به کلر یا گند زدایی با UV بسیار پیچیده است و نیازمند تجهیزات و سیستمهای تماس موثر می باشد .

ازن بسیار واکنش پذیر و خورنده بوده بنابراین سیستم ازوناسیون نیازمند موادی مانند فولاد زنگ نزن می باشد که در برابر خورندگی مقاوم هستند .

ازوناسیون فاضلابهایی که دارای مقادیر بالایی از جامدات معلق (SS) ،BOD و COD هستند مقرون به صرفه نمی باشد .

ازن بسیار تحریک کننده و احتمالا سمی بوده بنابراین گازهای خروجی از کنتاکتور بایستی برای حفظ سلامت اپراتور نابود شود.

هزینه تصفیه از نظر سرمایه و انرژی مورد نیازنسبتا بالا میباشد قابلیت اجرا : تصفیه خانه های فاضلاب بلمونت(Belmont) و ساوس پورت (Douthport) در شهر ایندیاناپولیس(Indianapolis ( ایالت اندیانا در سال 1985 در شهر ایندیاناپولیس ایالت ایندیانای آمریکا دو تصفیه خانه فاضلاب مدرن به نامهای بلمونت و ساوس پورت با ظرفیت تصفیه 125 گالن در روز ( mgd 125 ) با استفاده از سیستم گندزدایی ازن مورد بهره برداری قرار گرفت .

ظرفیت نسبی ژانراتورهایی که از گاز اکسیژن تغذیه می کردند 6380 پوند در روز بود.

در سال 1985 در شهر ایندیاناپولیس ایالت ایندیانای آمریکا دو تصفیه خانه فاضلاب مدرن به نامهای بلمونت و ساوس پورت با ظرفیت تصفیه 125 گالن در روز ( mgd 125 ) با استفاده از سیستم گندزدایی ازن مورد بهره برداری قرار گرفت .

گند زدائی بصورت پایلوت با شرایط خاص در هر دو تصفیه خانه از اول آوریل تا 31 دسامبر 1985 انجام گرفت خصوصیات اجرایی تجهیزات در طول دوره پایلوت ارزیابی شده و در نتیجه فعالیت گندزدایی در طول فصل بعدی بهبود یافت .هزینه سرمایه ای هر دو سیستم ازن در حدود 80% کل هزینه های تصفیه خانه بوده و همچنین هزینه اجرای برنامه های تعمیر و نگهداری سیستم های ازن به ترتیب حدود 9/1 و 7/3 درصد هزینه های تعمیر و نگهداری کل تصفیه خانه های بلمونت و ساوس پورت بوده است .

در سال 1989 برنامه منظم تعمیر و نگهداری شروع شد .

اطلاعات ثبت شده اثرات مهم فرایند اجرایی مربوط به تغییرات در جریان فاضلاب ، میزان تاثیر بر حسب غلظت کلیفرم مدفوعی و نیازبه ازن را نشان می داد .

اطلاعات مربوط به نیاز ازن قبلاً نامشخص بود .

مطالعات مختلفی برای بررسی امکان کنترل بهتر فرایند گند زدایی با ازن آغاز شد ه بود.

این مطالعات شامل نصب جدید یک کنتاکتور ازن بعنوان پایلوت بود که به اپراتور های تصفیه خانه اجازه می داد تا میزان نیاز روزانه ازن را اندازه گیری کنند .تست های ردیابی برای اندازه گیری شدت جریان کوتاه کنتاکتور انجام گردید .نتایج حاصله اطلاعات مفید قابل توجهی را در مقایسه با سایر اقدامات بی نتیجه و گمراه کننده اولیه ارایه نمود.

این نتایج همچنین نشان داد اجرای تدابیر فنی مانند کاهش تعداد کنتاکتور در سرویس در شرایط جریان کند و متوسط امکان حذف بیشترین مقدار کلیفرم مدفوعی را میسر می سازد بهره برداری و تعمیر و نگهداری : ژنراتور ازن مقدار قابل توجی انرژی الکتریکی مصرف می کند ، بنابراین بایستی نسبت به این سیستم توجه دائمی معطوف شود تا اطمینان حاصل گردد که انرژی بصورت بهینه برای اجرای فعالیت کنترل شده گند زدائی فراهم شده است .

در اتصالات داخلی یا خارجی ژنراتور ازن نباید هیچ نوع نشتی وجود داشته باشد .

اپراتور باید بر اساس برنامه منظم تعمیر و نگهداری واحد های فرعی خاص را جهت اطمینان از اینکه آن قسمتها بیش از حد گرم نشده باشند کنترل نماید .

بنابر این اپراتور بایستی بطــــور روتین قطعات را از لحاظ نشتی بازرسی نماید .

چرا که نشتی های کوچک سبب ایجاد غلظت های ازن غیر قابل قبول میشود.

تجهیزات کنترل ازن بایستی تست گردیده و طبق نظر سازنده آن کالیبره شود .

ازن مانند اکسیژن قابلیت حل شدن محدودی داشته و در آب بسیار سریعتر از هوا تجزیه میشود .

با توجه به این خاصیت و همچنین خاصیت واکنش پذیری ازن ضروریست تا کنتاکتور ازن به نحوی پوشانیده شود که تا حد ممکن در فاضلاب پخش گردد .

ازن به شکل گاز وقتی که به علظتی معادل240 گرم در متر مکعب میرسد قابلیت انفجار پیدا میکند از آنجائیکه در بیشتر سیستم های ازن زنی غلظت گازی ازن از 50 تا 200 گرم در میلی متر مکعب هرگز فراتر نمی رود بنابراین این خاصیت در کل مشکل ایجاد نمیکند .با این وجود باقیماندن ازن به شکل گازی برای زمان مشخص خطر ناک می باشد بنابر این بایستی توجهات بسیار جدی در طول فعالیت سیستم های گازی ازن به آن معطوف نمود .

بازرسی سیستم های مختلف و سیستم های فرعی نظیر ژنراتور ازن زنی، توزیع ، گازهای خروجی و خرابی لوله های ورودی مهم و حیاتی می باشد .

وقتی که ازن به کنتاکتور وارد میشود اپراتور بایستی کمبود اکسیژن یا گاز ازن باقی مانده را تشخیص دهد که این عمل بایستی همراه با تلاشهای موثر برای پاک کردن سیستم باشد .

اگر مشکلی پیش آید اپراتور بایستی از فرایند اجرائی ضروری و مورد نیاز سیستم آگاه باشد .

تمام تجهیزات ایمنی بایستی در دسترسی اپراتور بوده تا در حالت اورژانسی از آنها استفاده نماید .

پارامترهای کلیدی تعمیر و و نگهداری به شرح ذیل است : - گاز تغذیه تمیز با درجه رطوبت °C60 یا پایین تر بایستی به ژانراتور ازن زنی توزیع گردد .

اگر گاز تهیه شده مرطوب باشد بعد از تولید ازن ، واکنش ازن و رطوبت باعث ایجاد خوردگی شدید در داخل ژنراتور می گردد که در این صورت راندمان تولید ازن نیز با تولید اکسید های نیتروژن ( مانند اسید نیتریک ) کاهش می یابد .

توجه کافی به خنک نمودن ژنراتور با استفاده از خنک کننده های معمول ( آب ، هوا یا سایر مایعات ) روغن کاری کمپرسور یا بلوئر مطابق با توصیه های کارخانه سازنده و اطمینان از اینکه تمام درزها و لایی های کمپرسور بطور کاملاً محکم و محفوظ قرار گرفته اند .

راهبری ژنراتور ازن مطابق با پارامترهای طراحی آن ، بازرسی و بازدید منظم و تمیز کردن ژنراتور ، منبع هوا و تجهیزات الکتریکی و کنترل دمای ژنراتور .

کنترل گاز تغدیه و نحوه پخش و تقسیم آن جهت اطمینان از ورود حجم مورد نیاز جهت تماس مناسب با فاضلاب .

توجه به اینکه میزان ازن در محیط پایین تر از حداکثر میزان تعیین شده برای سلامتی باشد .

هزینه : هزینه سیستم گند زدای ازن به نوع سازنده ، محل مورد استفاده ، ظرفیت تصفیه خانه و خصوصیات فاضلابی که باید ضد عفونی شود بستگی دارد .

هزینه ازوناسیون عموماً در مقایسه با سایر تکنیکهای گند زدایی بالا میباشد .

جدول شماره 2نمونه ای از برآورد قیمت ( پایین تا متوسط ) سیستم گندزدایی ازن مورد استفاده در فاضلاب به میزان یک میلیون گالن در روز را نشان می‌دهد .

جدول شماره 2: نمونه ای از برآورد هزینه های گند زدایی Gpm= gallons per minute : منبع champion technology .1998 Cfm=cubic feet per minute هزینه ها براساس سیستم خاص تصفیه فاضلابی که از دو مرحله تصفیه اولیه و ثانویه عبور میکند و BOD حداکثر 30mg/L و SS کمتر از mg/L 30 باشد محاسبه شده است.

عموماً هزینه ها تا حد زیادی تحت تأثیر عوامل مختلف موجود در سایت میباشد و بنابر این برآورد ارایه شده مربوط به نوع خاص میباشد و از سایتی به سایت دیگری ممکن است متفاوت باشد .

برای اینکه غلظت ازن تولید شده هم از هوا و هم از اکسیژن خالص بسیار پایین می باشد ، راندمان عبور به فاز مایع از نکات اقتصادی قابل توجه میباشد .

به این دلیل محفظه تماس مورد استفاده معمولاً بسیار عمیق و پوشیده میباشد .

روی هم رفته هزینه یک سیستم ازن زنی تا حد زیادی به وسیله مخارج و هزینه های سرمایه ای و تعمیر و نگهداری ( (O&Mتعیین میشود .

نکته قابل توجه دیگر در مورد هزینه این است که هر سیستم ازن زنی باید متناسب با شرایط سایت بوده و هزینه های آن بستگی به محدودیت جریان خروجی تصفیه دارد و لذا تولید کنندگان تجهیزات باید از هزینه های مربوط به سیستم خاص اطلاع داشته باشند .

فصل دوم: استفاده از ازن در نیروگاهها مهندس عبداله مصطفایی مدتهای مدیدی است که در عملیات تصفیه آب از روش کلرزنی با هدف ضدعفونی کردن آب استفاده می‌شود.

تحقیقات سالیان اخیر نشان داده است که استفاده از کلر باعث ایجاد ترکیبات تری هالومتان (THM) خواهد شد که سرطان‌زا تشخیص داده شده‌اند.

کشورهای اروپایی جهت حل این مشکل سالیان درازی است که از سیستم تولید و تزریق ازن برای این هدف استفاده می‌کنند.

در آمریکا نیز در پی تصویب قوانین جدید در مورد میزان قابل قبول ترکیب (THM) در آب آشامیدنی ، تصفیه‌خانه‌ها مجبور به بکارگیری سیستمهای جدیدتر و بویژه سیستم تولید و تزریق ازن شده‌اند به نحوی که طی دهه 1990 تعداد تصفیه‌خانه‌های آب که از سیستم ازن استفاده می‌کرده‌اند، از 40 واحد به حدود 260 واحد بالغ شد.

در کشور ما نیز تلاشهایی جهت استفاده از ازن در تصفیه‌خانه‌های آب صورت پذیرفته است که در این بین می‌توان به تصفیه‌خانه‌های آب شهرهای همدان، اهواز و اصفهان اشاره کرد.

البته سیستم ازن دارای کاربرد وسیعی در تصفیه آبهای بطری است چون باعث افزایش اعتماد به این گونه آبها خواهد شد.

در ایران نیز برای اینگونه آبها از دستگاه ازن استفاده می‌شود.

قابل ذکر است که در سطح جامعه مواردی وجود دارند که نیاز به بازنگری به روشهای متداول تصفیه را پررنگ‌تر می‌کند: - نیاز به بهبود استانداردهای آب با افزایش رفاه عمومی - خطرناک بودن سیستمهای تزریق کلر موجود و احتمال انفجار کپسول‌های کلر- انتشار بیماری‌های مختلف به دلیل آلودگی آبهای استخر، سونا، جکوزی و دیگر مراکز عمومی و تفریحی - آلوده شدن منابع آب به انواع آلاینده‌های شیمیایی جدید که به نوعی تا مدتی نیز امکان تشخیص آنها وجود ندارد و عموماً دارای اثرات خطرناک در درازمدت هستند.

در چند سال گذشته درگوشه و کنار کشور چندین حادثه ناگوار در ارتباط با کلر رخ داده است که گویای ضعف شدید در ارتباط با شناخت، طراحی، اجرا و بهره‌بردازی و نیز عدم اهمیت‌دهی به مسایل ایمنی است.

علاوه بر مطلب فوق نیاز به یک ماده اکسیدکننده قویتر، تاسیسات آب و فاضلاب را به سوی ازن هدایت کرده است.

در تصفیه آب و فاضلاب شهری و صنعتی از ازن برای اهداف مختلفی استفاده می‌شود: الف)‌ضدعفونی کردن ب) اکسیداسیون آلاینده‌های معدنی ج) اکسیداسیون آلاینده‌های آلی با هدف حذف رنگ د)‌افزایش قابلیت تجزیه‌پذیری ترکیبات آلی ه) اکسیداسیون آلاینده‌های مولد طعم و بو از قبیل آلاینده‌های فنلی و)‌کنترل پیش‌سازهای محصولات جانبی حاصل از عملیات ضدعفونی(DBP) ز)‌کاهش میزان کلر موردنیاز 1-شیمی ازن ازن در دمای اتاق بصورت یک گاز وجود دارد.

این گاز بدون رنگ بوده و دارای بوی تندی است که در غلظت‌هایppmV 05/0 – 02/0 که کمتر از حد خطرناک برای سلامتی است)‌ به آسانی قابل تشخیص است.

البته گاز ازن به تنهایی سمی و خورنده نیز هست.

در بین مواد شیمیایی مصرفی در تصفیه آب، ازن به عنوان یک اکسیدکننده قوی مطرح است و از این رو می‌تواند جهت اکسیداسیون تعداد زیادی از مواد آلی و معدنی موجود در آب مورد استفاده قرار گیرد.

اساساً‌این ترکیبات آلی و معدنی هستند که مقدار نیاز به ازن را تعیین می‌کنند.

ازن اندکی در آب محلول است یعنی در دمای 20 درجه سانتیگراد اگر آب با ازن (100 درصد) در تماس قرار گیرد، حلالیت آن 570 میلی‌گرم در لیتر است.

هر چند حلالیت ازن بیش از اکسیژن است ولی حلالیت کلر دوازده برابر ازن است.

غلظت ازنی که در تصفیه آب مورد استفاده قرار می‌گیرد کمتر از 14 درصد است که این باعث محدودشدن انتقال جرم گاز ازن در آب می‌شود و بدین دلیل است که غلظت ازن در آب بین کمتر از 1/0 میلی‌گرم در لیتر تا یک میلی‌گرم در لیتر در حال تغییر است .

البته تحت شرایط بهینه به غلظت‌های بالاتر نیز می‌توان دست یافت.

تحقیقات پایه نشان داده است که ازن حین تصفیه آب فوری از طریق یک مکانیزم پیچیده‌ای که مربوط به تولید رادیکال‌های آزاد است، تجزیه می‌شود .

این رادیکال‌های آزاد هیدرکسیل، جز فعال‌ترین عوامل اکسیدکننده آب بشمار می‌روند و با سرعت واکنش M-1S-11013-1010 با هیدروکربن‌های آرماتیک، ترکیبات غیراشباع، الکل‌های آلیفاتیک و اسید فرمیک واکنش می‌کنند.

از سوی دیگر قابل ذکر است که نیمه عمر رادیکال‌های آزاد هیدرکسیل در حدود میکروثانیه است و بنابراین غلظت این رادیکال‌ها به بیش از M 12-10نخواهد رسید.

همانطوری که در شکل (1) نشان داده شده است، ازن توسط یکی یا هر دو مکانیزم زیر با یک محلول واکنش می‌کند: ‌اکسیداسیون مستقیم ترکیبات توسط ازن مولکولی اکسیداسیون ترکیبات توسط رادیکال‌های آزاد هیدروکسیل که طی تجزیه ازن تولید شده‌اند.

اصطلاحاً گفته می‌شود که این دو مکانیزم برای یافتن مواد شیمیایی و اکسیدکردن آنها با هم رقابت می‌کنند.

باید گفت که اکسیداسیون مستقیم نسبتاً‌کند انجام می‌شود (در مقایسه با اکسیداسیون رادیکال‌های آزاد هیدرکسیل).

ولی در عوض غلظت ازن محلول بیشتر از رادیکالهاست برعکس اکنش رادیکال هیدرکسیل سریع است اما در شرایط معمول ازناسیون، غلظت آنها نسبتاً کم است.

یکی از تحقیقات انجام شده نشان داده است که: - تحت شرایط اسیدی مهمترین مکانیزم، اکسیداسیون مستقیم با ازن مولکولی است.

- در شرایط که رادیکالهای هیدروکسیل تولید می‌شوند از قبیل زمانی که ph زیاد است و یا در معرض UV قرار داشته و یا پراکسید هیدروژن اضافه شده است، اکسیداسیون با هیدرکسیل از اهمیت بیشتری برخوردار است.

تجزیه سریع ازن طی چند مرحله انجام می‌شود.

هر چند مکانیزم دقیق و نیز واکنش‌های مربوطه معلوم نیستند ولی مدلهایی برای بیان مکانیزم ارایه شده است.

عقیده بر آن است که رادیکالهای هیدروکسیل بعنوان یک محصول واسط در تجزیه ازن بدست می‌آیند و به ازای هر مول ازن 5/1 مول رادیکال آزاد هیدروکسیل حاصل می‌شود.

رادیکال‌های آزاد هیدروکسیل در حضور تعداد زیادی از ترکیبات موجود در آب از تجزیه ازن بدست می‌آیند.

برای محاسبه ازن موردنیاز بایستی موارد زیر را مورد توجه قرار داد: واکنش با مواد آلی طبیعی (NOM) موجود در آب – اکسداسیون NOM منجر به تشکیل آلدئیدها، اسیدهای آلی و آلدوکتو اسیدها می‌شود.

محصولات جانبی حاصل از اکسیداسیون مواد – این محصولات جانبی معمولاً از تجزیه بیولوژیکی بدست می‌آیند و می‌توان مقدار آنها را از عوامل (AOC) Assimilable Organic Carbon یا کربن آلی محصول قابل تجزیه بیولوژیکی (BDOC) بدست آورد.

ترکیبات آلی مصنوعی (SOCS) – اگر شرایط مساعد باشد برخی از ترکیبات SOC می‌تواند اکسیده و مینرالیزه شود.

جهت محصول به مینرالیزاسیون کامل باید اکسیداسیون با رادیکالهای هیدروکسیل، مکانیزم غالب باشد و مثالی از این نوع فرآیندهای پیشرفته اکسیداسیون است.

اکسیداسیون یون برومید – اکسیداسیون یون برومید منجر به تشکیل اسید هیپوبرومو، یون هیپوبرومیت، یون برومات، مواد آلی برومینه و برومامین‌ها می‌شود معمولاً یون‌های بی‌کربنات و کربنات بصورت قلیاییت سنجیده می‌شوند.

این یونها رادیکال‌های هیدروکسیل را تخلیه کرده و رادیکال‌های کربنات تشکیل می‌دهند.

این واکنش‌ها در فرآیندهای پیشرفته اکسیداسیون که مکانیزم اکسیداسیون رادیکالی، مکانیزم غالب است از اهمیت بسزایی برخوردار است.

2-تولید ازن از آنجایی که ازن یک مولکول ناپایدار است باید آن را در محل مصرف در هنگام تصفیه آب، تولید کرد.

ازن معمولاً‌از تلفیق اتم اکسیژن با مولکول اکسیژن بدست می‌آید: این واکنش گرماگیر بوده و نیازمند مقدار قابل توجهی انرژی است.

Schonbein برای اولین بار سنتز ازن را از طریق الکترولیز اسید سولفوریک، کشف کرد .

هر چند ازن از چند طریق قابل تولید است ولی Corona Discharge روش غالب در صنعت تولید ازن است.

البته ازن را می‌توان از تاباندن نور UV به گاز حاوی اکسیژن و نیز واکنش‌های الکترولیتی و یک سری تکنولوژی‌های دیگر بدست آورد.

گاهی Corona Discharge را بعنوان تخلیه الکتریکی بدون صدا (Silent Discharge) نیز می‌شناسند و در آن یک گاز حاوی اکسیژن از بین دو الکترود که با یک ماده دی‌الکتریک پوشانده شده است ، عبور می‌دهد.

ولتاژ اعمال شدن به الکترودها باعث عبور الکترونها در عرض فاصله تخلیه می‌شود.

این الکترون‌ها انرژی لازم جهت شکستن مولکول‌های اکسیژن را فراهم آورده و باعث ایجاد ازن می‌شوند.

شکل (3) نشان‌دهنده شماتیک ساده یک دستگاه مولد ازن است.

1-2- اجزای سیستم همانطوری که در شکل 4 دیده می‌شود، سیستم تصفیه آب با ازن دارای چهار جزء اصلی است: یک سیستم تغذیه گاز، یک سیستم مولد ازن، سیستم تماس با ازن و سیستم تجزیه گازهای نامطلوب.

وظیفه سیستم تغذیه گاز آن است که گاز اکسیژن خشک و تمیز را به سیستم مولد تحویل دهد.

در سیستم تماس با ازن نیز گاز غنی از ازن با آبی که باید تصیفه شود در تماس قرار گرفته و زمان تماس لازم جهت ضدعفونی کردن (یا واکنشهای دیگر) در اختیار آنها قرار داده می‌شود.

در مرحله نهایی نیز چون ازن یک گاز سمی است باید غلظت آن به حد کمتر از حد خطرناک رسانده شود.

در بعضی از تصفیه‌خانه‌ها، گاز ناخواسته که غنی از ازن است به ابتدای قسمت تماس برگشت داده می‌شود تا از مصرف ازن کاسته شود بعضی از سیستم‌ها نیز دارای یک بخش سرمایش ناگهانی می‌باشند تا ازن باقیمانده در محلول را نیز حذف کنند.

3- استفاده از ازن برای تصفیه آب و فاضلاب 1-3 تاریخچه ازن در اروپا و آمریکا در سال 1893 ازن برای اولین بار در Oudshoorn هلند برای تصفیه آب مورد استفاده قرار گرفت.

در اروپا از این ماده بنحو وسیعی در ضدعفونی کردن و اکسیداسیون آب آشامیدنی استفاده می‌شود ولی سرعت رشد آن در آمریکا کمتر شده است.

در سال 1987 تصفیه‌خانه لس‌آنجلس با ظرفیت 3/2 میلیون مترمکعب در روز با سیستم ازن به بهره‌برداری رسید.

از اوایل دهه 1990 در آمریکا حدود 40 تصفیه‌خانه آب از ازن در تصفیه آب آشامیدنی استفاده می‌کرده‌اند.

رشد این موضوع بحدی بوده است که در اواخر دهه 1990 تعداد این تصفیه‌خانه‌ها به بیش از 260 واحد رسیده است (شکل 5).

در تصفیه آب از ازن برای ضدعفونی کردن و اکسیداسیون ترکیبات موجود در آب استفاده می‌شود .

در گذشته از ان در ابتدا با اهدافی غیر از ضدعفونی کردن استفاده شده است که در این مورد می‌توان به حذف رنگ و کنترل بو و مزه اشاره داشت.

امروزه با توجه به افزایش استانداردهای آب و تصویب ضوابطی در مورد محصولات جانبی از ضدعفونی کردن (DBP)، استفاده از ازن با هدف ضدعفونی کردن نیز شدیداً در حال گسترش است.

2-3- تاریخچه تصفیه آب با ازن در ایران در سال 1377به دلیل افزایش روزافزون آلودگی رودخانه کارون در استان خوزستان که باعث ایجاد طعم و بوی نامطبوع در آب رودخانه شده بود، تصمیم گرفته شد تجهیزات ازن زنی در تصفیه‌خانه آب شماره یک شهر اهواز نصب و مورد بهره‌برداری قرار گیرد.

طبق اطلاعات جمع‌آوری شده این تجهیزات پس از حدود 140 روز از شروع بهره‌برداری از مدار خارج شدند که دلیل آن نیز خوردگی پوسته خارج مولد ازن عنوان شد.

این موضوع به همین وضعیت باقی ماند تا اینکه مجدداً در تابستان سال 1379 با تعویض ژنراتور ازن، تجهیزات تولید و تزریق ازن درمدار بهره‌برداری قرار گرفت.

همانطوری که ذکر شد هدف اصلی در کاربرد ازن در این تصفیه‌خانه، اکسید کردن ترکیبات ناخواسته توسط ازن بود که باعث بهبود کیفیت آب بخصوص از لحاظ طعم و بو بوده است که ضمناً‌ گندزدایی 100 درصدی را نیز بهمراه داشته است.

البته درگذشته دور نیز در همدان از سیستم ازن استفاده شده است ولی امروزه در مدار بهره‌برداری قرار ندارد.

با توجه به بررسی‌های انجام شده سومین تصفیه‌خانه‌ای که از ازن برای تصفیه آب شهری استفاده کرده است، تصفیه خانه باباشیخ علی در اصفهان است.

با توجه به بعضی از مشکلاتی که در کشور در ارتباط با ازن بوجود آمده بود، مسؤولان تصفیه‌خانه اصفهان ابتدا یک دستگاه کوچک تولید ازن خریداری کردند (با ظرفیت 20 گرم ازن در ساعت) که در پایلوت خود نصب کردند و پس از اخذ نتایج مطلوب اقدام به خریداری دو واحد با ظرفیت 9 کیلوگرم ازن در ساعت شده است.

بنا به اطلاعات کسب شده قیمت این واحدها نیز 000/600 یورو بوده است.

درهمین راستا و با توجه به تغییر سیاستهای شرکتهای آب و فاضلاب به جایگزینی مواد ضدعفونی‌کننده و اکسیدکننده قویتر از کلر، قرار شده است که در تصفیه‌خانه جدید همدان نیز از ازن استفاده شود و بقیه این شرکتها نیز به دنبال جایگزینی ازن با کلر هستند که این موضوع نشان‌دهنده بازار مناسبی برای مولدهای ازن در کشور است.

در حال حاضر تعدادی از شرکتهای داخلی که نمایندگی شرکتهای خارجی را دارند، در حال مونتاژ قطعات وارداتی سیستم ازناتور هستند.

4- تصفیه آب برج‌های خنک‌کن بوسیله ازن حدوداً یک قرن است که اکسیژن به شکل ازن شناخته شده است و قابلیت بالای آن برای گندزدایی آب نیز معلوم شده است.

آب برج‌های خنک‌کننده باید تصفیه شوند تا از ایجاد لایه‌های معدنی و میکروبی جلوگیری شود چون این لایه‌ها می‌توانند از کارآیی سطوح انتقال حرارت برج بکاهند.

استفاده از ازن در تصفیه آب برج‌های خنک‌کن کار نسبتاً‌ جدیدی است که در حال تعمیم یافتن است.

در این قسمت سعی بر آن است که تجربیات بکارگیری از یک چنین تکنولوژی در برج‌های خنک‌کن واقعی مورد بررسی قرار گرفته و نتایج و مزایای آن بیان شد.

1-4-مکانیزم صرفه‌جویی انرژی و جلوگیری از ایجاد بیوفیلم در تجهیزات برج خنک‌کن تر در سیستم تصفیه‌ آب برج خنک‌کن به کمک ازن، هوای محیط ابتدا فشرده شده و سپس خشک شده و یونیزه می‌شود تا ازن تولید شود.

این ازن به آب گردشی برج افزوده می‌شود و در عرض چنددقیقه باکتری، جلبک و ویروسهایی را که در محیط آبی برج زندگی می‌کنند را نابود می‌کند.

این کار دارای چند مزیت مهم است.

باید توجه داشت که گاهی میکروارگانیزم‌هایی وجود دارند که برای سلامتی انسان خطرآفرین هستند مثل Legionella Pneumophila که باعث بیماری لژیونر می‌شود و غالباً در برج‌های خنک‌کن دیده شده‌اند.

بعلاوه میکروارگانیزم‌ها تمایل دارند که به صورت بیوفیلم در گوشه و کنار سیستم خنک‌کننده تجمع یابند و از بازده انتقال حرارت بکاهند که اینکار باعث افزایش مصرف انرژی و نیز افزایش هزینه‌های تعمیر و نگهداری می‌شود.

یکی از مشکلات دیگر تشکیل رسوبات است که به خوبی به بیوفیلم می‌چسبند .

این رسوبات نیز می‌توانند از کارایی انتقال حرارتی کاسته و مشکلاتی برای سلامتی انسان ایجاد کنند.

روش مرسوم تصفیه آب برج خنک‌کن، استفاده از تصفیه با مواد شیمیایی و بلودان کردن آب با هدف کاستن از سطح ناخالصی‌ها است.

این روش باعث افزایش هزینه راهبری و تعمیر و نگهداری برج‌های خنک‌کن می‌شود.

هر چند اگر از سیستم ازن نیز استفاده شود به بعضی از مواد شیمیایی نیاز است.

ولی با این وجود سیستم ازن باعث کاهش مقدار و هزینه مواد شیمیاییمی‌شود.

2-4- انتخاب تکنولوژی طی بیست سال گذشته، تصفیه با ازن به یکی از تکنولوژی‌های با صرفه از لحاظ انرژی تبدیل شده است.

در این بخش سعی بر آن است که با بررسی نتایج و تجربیات موضوع روشن‌تر شود.

در یک تحقیق خارجی از اطلاعات سازندگان ، مصرف‌کنندگان ، شرکتهای بازرگانی، مؤسسات تحقیقاتی و دیگر قسمت‌های دخیل در این تکنولوژی استفاده شده است.

در این بررسی‌ها مصرف انرژی، هزینه و مزایای زیست‌محیطی مورد توجه قرار گرفته‌اند.

به علاوه تکنولوژی‌های مختلف از این لحاظ که تازه وارد بازار شده‌اند و یا قبلاً جواب خود را به صورت عملی داده باشند، تقسیم‌بندی شده‌اند و مواردی مورد توجه بوده‌اند که جواب خود را به صورت عملی ارایه داده باشند.

براین اساس روش تصفیه آب برج به کمک ازن مناسب تشخیص داده شد .

3-4- پتاسیل‌های این روش طی بیست سال گذشته بهبود سیستمها باعث شده است که بتوان مولدهای تجاری ازن را در اندازه‌های کوچک بنحوی ساخت که علاوه بر آنکه از لحاظ اقتصادی به صرفه است، سیستم قابل اعتمادی نیز باشد.

هر چند استفاده از ازن در تصفیه آب برج خنک‌کن کار جدیدی است ولی به دلیل مزایای آن، بازار روبه رشدی دارد.

نصب و راهبری این سیستم مناسب بوده و تعداد باکتری‌ها کاهش یافته و در نتیجه تشکیل بیوفیلم روی سطوح انتقال حرارت کاهش می‌یابد.

کاهش مصرف انرژی، افزایش بازده عملیاتی و کاهش امور مربوط به تعمیر و نگهداری علاوه بر صرفه‌جویی در هزینه‌ها، دارای منافع زیست‌محیطی نیز هستند چون فاضلاب حاصل از بلودان نیز یکی از مسایل مهم است.

4-4- کاربرد دلایل زیادی وجود دارد که باعث جلب توجه بسوی ازن می‌شود که در این باره می‌توان به بالا بودن هزینه مواد شیمیایی و یا خطیربودن مدیریت این مواد اشاره کرد و یا هنگامی‌که هزینه تخلیه فاضلاب به محیط زیست زیاد بوده و یا اینکه قوانین بنحوی است که فاضلاب بلودان باید پیش از تخلیه مورد تصفیه قرار گیرد .

این تکنولوژی حتی برای برج‌های خنک‌کن متصل به سیستم تهویه مطبوع و نیز فرآیندهای صنعتی سبک نیز قابل بکارگیری است.

سازندگان مدعی هستند که از این سیستم در برج‌های خنک‌کن چوبی و فلزی با ظرفیتهای ton 1000-60 می‌توان استفاده کرد.

در استفاده از تکنولوژی ازن چهار ضابطه‌ای فنی باید مورد توجه قرار گیرد: - کیفیت آب جبرانی که افزوده می‌شود تا جایگزین آب از دست رفته طی تبخیر و بلودان باشد (سختی و میزان مواد معدنی از عواملی هستند که در کارآیی تاثیرازن دخیل می‌باشند)