کاربرد ازن در تصفيه آب آشاميدني

کاربرد ازن در تصفيه آب آشاميدني

يکي از اساسي ترين اهداف تصفيه آب گند زدائي يا ضد عفوني نمودن آب جهت مناسب نمودن براي شرب مي باشد. تاکنون براي گند زد ائي آب روشهاي مختلفي ارائه گرديده است که مهمترين آنها کلرزني ، ازن زني واستفاده از دي اکسيد کلر ، برم ، يد ونيز اشعهUV مي باشد.

عمومي ترين روش گند زدائي در جهان کلر زني مي باشد که از دلايل عمده استفاده از آن مي توان موثر بودن در غلظت پائين ، ارزان ودر دسترس بودن ونيز داشتن باقيمانده در آب پس از عمل گند زدائي را نام برد. با توجه به تشکيل ترکيبات آلي کلرينه وساير ترکيبات تري هالومتان[1] در اثر گند زدايي با کلر که عوارض نامطلوبي را براي مصرف کنندگان به همراه دارد استفاده از گند زدا هاي جديد روز به روز ابعاد وسيع تري مي يابد.

ازن از جمله ترکيباتي است که با توجه به خواص ويژه خود ، نزديک به يک قرن است که بعنوان گند زدا در آب آشاميدني توسط کشورهاي اروپايي مورد استفاده قرار گرفته است . اولين کار برد ازن در سال 1893 در کشور هلند وبراي تصفيه خانه اي که از آب رودخانه راين تغذيه مي نمود صورت پذيرفت . امروزه بيش از يک هزار تصفيه خانه آب از ازن بعنوان بخشي از تصفيه شيميائي استفاده مي کنند که اغلب آنها در کشورهاي غربي بويژه فرانسه ، سوئيس وکانادا قرا دارند . بزرگترين تاسيسات گند زدائي با ازن در مناطق پاريس ومونترال بکار گرفته شده است .

خواص فيزيکي وشيميائي ازن

ازن يکي از اشکال آلوتروپي[2] اکسيژن بوده وگازي آبي رنگ با بوي تند وناپايدار مي باشد . اين ترکيب يک اکسيد کننده قوي بوده وبسيار قوي تر از اسيد هيپوکلرو( ماده موثر گند زدايي کلر در آب ) مي باشد. حلاليت ازن در آب 12 مرتبه کمتر از حلاليت کلر بوده ومحلول آبي آن نيز ناپايدار مي باشد.

با توجه به ناپايداري گاز ازن ، بايد درمحل مصرف ونيز زمان مصرف توليد شود ونمي توان آنرا مثل کلر ذخيره نمود. با توجه به حوادث زيادي که در خصوص ترکيدن سيستم هاي ذخيره ونگهداري کلر بوقوع پيوسته است اين محدوديت لزوماً جزء معايب استفاده از گاز ازن محسوب نمي شود. لکن عدم امکان ذخيره آن در مواردي موجب توقف يا اشکال در امر استفاده از سيستم گند زدا مي گردد.

خصوصيات بيوشيميائي ازن

نقش ازن در تصفيه آب وپساب بعنوان يک عامل اکسيد کننده ويک ترکيب ميکروب کش حائز اهميت بوده و د رمحيط آبي خصوصيات مشابهي با کلر دارد . از اينرو اين دو ماده بعنوان رقيب يکديگر ودر مواردي مکمل يکديگر مطرح مي باشند. ازن داراي دو خاصيت بسيار مهم در ارتباط با محيط اطراف خود مي باشد:

1- قدرت گند زدائي بالا

خصوصيات ميکروب کشي ازن بيانگر پتانسيل بالاي اکسيد اسيون آن مي باشد. تحقيقات نشان مي دهد که گند زدائي توسط ازن حاصل اثر مستقيم آن برباکتريها وتجزيه ديواره سلولي باکتريها مي باشد . که از اين نظر با مکانيسم عمل کلر در فرايند گند زدائي متفاوت است. با توجه به قدرت بالاي گند زدائي ازن در مقايسه با کلر وساير گندزداها ، زمان کمتري جهت تکميل فرايند گند زدائي نياز مي باشد. بررسي ها همچنين بيانگر توانائي بيشتر ازن در از بين بردن ويروسها در مقايسه با کلر مي باشد.

2- ازن به عنوان يک اکسيد کننده قوي

ازن مصارف زيادي در تصفيه آب آشاميدني از قبيل کنترل طعم وبو کنترل رنگ وحذف آهن ومنگنز علاوه بر گند زدائي دارد . قدرت اين اکسيد کننده در شفاف سازي منابع آب با کيفيت پائين مانند آبهاي بازيافتي مهم مي باشد. ازن مواد معدني را بطور کامل اکسيد نموده وموجب ته نشيني وحذف آنها مي گردد. اهميت عمده ازن در قابليت شکستن ترکيبات آلي همراه با آهن ومنگنز مي باشد.

ازن در برطرف نمودن ترکيبات آلي مولد رنگ ، قوي وموثر نشان مي دهد بطوريکه بعنوان يک عامل جلا دهنده خوب براي فاضلاب وحذف کننده رنگ در آب شرب کا ربردهاي فراواني يا فته است . ازن همچنين قادر است ترکيبات فنوليک وديگر ترکيبات مولد طعم را در آب شرب از بين ببرد. تحقيقات نشان داده است که ازن مي تواند آفت کشهاي مالاتيون وپاراتيون را که ترکيباتي سرطان زا وخطرناک هستند به اسيد فسفريک ( بي خطر) تبديل نمايد.

اخيراً در خصوص استفاده از ازن به منظور کنترل وحذف کدورت ومواد آلي در مقررات E PA [3]رهنمود هايي ارائه گرديده است .

کنترل کدورت

در يک تصفيه خانه متعارف که از آب سطحي بعنوان ورودي استفاده مي نمايد اولين مرحله تصفيه حذف کدورت مي باشد که براساس کيفيت آب خام ورودي بايد تعيين نمود که مقدار پيش ازن زني با مقادير کم مناسب است يا خير؟ براي آبهاي با کدورت زياد مصرف مقدار کمي ازن باعث کاهش کدورت مي شود در حاليکه مصرف مقدارزياد ازن باعث افزايش کدورت مي گردد.

اگر پيش ازن زني در مقادير کم صورت پذيرد نياز به دو مرحله ازن زني در سيستم متداول تصفيه آب مي باشد درازن زني با مقادير کم همواره اولين مرحله مربوط به کنترل کدورت وحذف آهن ومنگنز مي باشد. در مرحله دوم ازن زني ، مواد آلي مولد طعم وبو ورنگ وDOC [4] با استفاده از مقادير بيشترازن وتماس زياد اکسيد مي شوند.

اگر پيش ازن زني براي آبهاي با کدورت کم در نظر گرفته شود اغلب مقادير کم ازن کفايت مي نمايد ودر نتيجه تمام مراحل اکسيد اسيون به منظور انجام گند زدائي اوليه در يک نقطه صورت مي پذيرد. در اين گونه موارد معمولاً از فيلتراسيون مستقيم جهت عمليات صاف سازي استفاده مي شود وازن از طريق ناپايدارکردن ذرات معلق وخنثي سازي بار ذرات کلوئيدي موجبات حذف کدورت را فراهم مي نمايد. اين امر موجب انجام مناسب تر فرايند انعقاد وصرفه جوئي در مصرف مواد شيميائي مورد نياز مي گردد به گونه اي که صرفه جويي حاصل از مصرف مواد با افزايش هزينه هاي مربوط به نصب سيستم ازن زني مطابقت مي نمايد.

محصولات جانبي حاصل از گند زدائي با ازن

در غياب يون برميد در آب ، محصولات جانبي حاصل از ازن زني شامل اسيد هايي با وزن ملکولي کم وغيرها لوژن دار ، آلدهيد ها، کتون ها [5]و الکل ها مي باشند که اين ترکيبات اغلب توسط ميکرو ارگانيسم هاي موجود در آب قابل تجزيه بيولوژيکي مي باشند ومعمولاً براي مصرف کنندگان بي خطر هستند . بطور معمول در آبهاي سطحي مقدار کمي يون برميد يافت مي شود که در اثر ازن زني به يون برمات )-3BrO ) ومحصولات جانبي ديگر تبديل مي شود . اين محصول همانند محصولات حاصل از کلر زني خطراتي جدي براي سلامتي ايجاد مي نمايد.

پيش ازن زني باعث تغيير شکل مواد آلي موجود در آب خام مي گردد ازن ، مواد آلي داراي زنجيره طولاني و با تعداد ملکول زياد را به مواد غير قابل تجزيه بيولوژيکي ونيز برخي ترکيبات کوچکتر قابل تجزيه تبديل مي نمايد. اين امر بطور همزمان موجب افزايش اکسيژن محلول آب مي گردد وشرايط براي رشد باکتريها ي هوازي مهيا مي شود. در صورت استفاده از فيلترهاي کربن فعال گرانولي (GAC ) در بخش فيلتر اسيون ، مواد آلي بر روي منافذ وسطح کربن فعال گرانولي جذب مي شوند ولذا فيلتر بعنوان منبع تغذيه ورشد باکتريها ايفاي نقش مي نمايد . در اين صورت آبي که از چنين فيلتر هايي عبور مي نمايد مواد آلي را در سطح فيلتر باقي گذاشته واز رشد باکتريها درآب پس از فيلتر جلوگيري بعمل مي آورد.

تجربيات تعدادي از کشورها در استفاده از ازن

1- کشورآمريکا

در سال 1940 نخستين واحد ازن زني به منظور از بين بردن طعم وبوي حاصل از مواد فنلي در آمريکا تاسيس گرديد . البته همواره از کلر زني نيز بصورت توامان استفاده مي گرديد تا در سيستم توزيع مقدار باقيمانده پايدار از گندزداها وجود داشته باشد.

تحقيقات نشان داده که استفاده ازازن قبل ازکلر زني باعث کاهش توليد تري هالومتانها در حد کمتر از 1 ميکروگرم در ليتر مي باشد. با توجه به بالاتر بودن کيفيت آب منابع در دسترس در آمريکا نسبت به منابع آبي اغلب کشورهاي غربي ، استفاده از ازن در ايالات متحده کمتر مورد توجه قرار گرفته است لکن با افزايش آلودگي آبهاي سطحي وزير زميني در دهه 90 قوانين جديدي در راستاي بهبود کيفيت آب وضع شده که از جمله آنها رويکرد بيشتر به استفاده از ازن در جهت افزايش کيفيت وقابليت اعتماد به آب شرب مصرفي مي باشد . از اين رو تعداد تصفيه خانه هاي داراي تاسيسات ازن زني دراين کشور بين سالهاي 90تا 94 از 20 به 60 عدد افزايش يافته است.

2- کشورکانادا

اولين تاسيسات ازن زني در کانادا در سال 1956 نصب و راه اندازي شد. در اين کشور از ازن بعنوان گندازدا ونيز حذف کننده طعم وبو وکنترل کدورت استفاده گرديده است هرچند جهت حفظ مقادير باقيمانده گندزدا در شبکه سيستم کلر زني نيز بصورت همزمان بکار گرفته شده است . عمده کاربرد ازن در کانادا در حذف مشکلات طعم وبوهاي فصلي جهت کمک به امر گند زدايي بوده است.

3- کشورفرانسه

در سال 1992 حدود700 تصفيه خانه در فرانسه با استفاده از سيستم ازن زني مشغول بکار بوده اند که آب تمامي اين تصفيه خانه ها از آبهاي سطحي تامين مي شده است . هدف اصلي براي استفاده از ازن کنترل طعم بو ، تخريب فنل ، حذف مواد آلي وغير فعال سازي ويروسها واز بين بردن باکتريها مي باشد . در تعدادي از تصفيه خانه ها از ازن براي حذف رنگ وآهن ومنگنز استفاده مي شود ودر اکثر تصفيه خانه ها گزارش شده که ازن باعث افزايش راندمان حذف کدورت گرديده است.

4- کشورسوئيس

در سوئيس 150تصفيه خانه بزرگ وکوچک از ازن زني براي از بين بردن باکتريها وويروسها ، حذف طعم وبو ومواد آلي استفاده مي نمايند.

5-کشوراستراليا

در استراليا نيز تعداد 42 تصفيه خانه با سيستم ازن زني فعاليت دارند که تعدادي بعنوان گند زداي مکمل کلر وتعدادي نيز بعنوان حذف کننده رنگ ومواد آلي بکار گرفته شده اند.

هزينه ها

هزينه هاي مربوط به خريد ونصب تاسيسات ازن زني با توجه به ميزان ازن مورد نياز ودبي تصفيه خانه متفاوت است ولي بطور متوسط هزينه اي بالغ بر 500 تا 600 هزار دلار براي آن پيش بيني مي گردد.

انرژي متوسط مورد نياز جهت توليد هر کيلو گرم ازن ، 15تا20 کيلو وات ساعت خواهد بود . اين در حاليست که براي انجام مناسب گند زدائي با ازن ، دوز تعيين شده mg/lit 5/1-1 مي باشد. تاسيسات توليد ازن حدود 68 در صد از الکتريسته مورد نياز فيلتر اسيون تصفيه خانه را مصرف مي نمايد. تخمين زده مي شود که در صورت تزريق mg/lit 1 ازن ، به ازاي هر يک هزار متر مکعب آب تصفيه شده يک دلار صرف گردد.

مزايا ومعايب استفاده از پيش ازن زني در مقايسه با کلر :

1- مزايا

1-1- کاهش مقادير رنگ ،طعم وبو به ميزان قابل توجه

1-2- افزايش راندامان فيلتر اسيون ( حدود 50 در صد )

1-3-افزايش راندمان گند زدائي

1-4-کاهش زمان مورد نياز براي تشکيل فلوک ولخته سازي

1-5-کاهش مواد شيميائي مورد نياز براي فرايند انعقاد

1-6-کاهش ترکيبات تري هالومتان به ميزان قابل توجه ونيز ديگر ترکيبات آلي کلر دار

1-7-کاهش لجن حاصل از بک واش[6] فيلتر

2- معايب

2-1- هزينه نصب وراه اندازي بالا

2-2- ناپايداري وعدم ايجاد باقيمانده در آب

2-3- ايجاد ترکيبات جانبي مضر (اين ترکيبات نسبت به ترکيبات جانبي کلر از حجم وعوارض کمتري برخوردار است)

2-4- عدم امکان ذخيره سازي جهت موارد اضطراري

نتيجه گيري

به سختي مي توان تمام کاربردهاي ازن درآب آشاميدني را در اين مبحث کوتاه ارائه نمود . مهمترين موضوعي که لازم است بخاطر داشته باشيم اينست که با بکار گيري ازن در تصفيه آب آشاميدني مي توان بسياري از مشکلاتي که توسط ديگر گند زداها واکسيد کننده ها قابل رفع نيستند را برطرف نمود که از جمله مي توان از اکسيد اسيون آلاينده هاي ميکرو ، تثبيت بيولوژيکي آب وضد عفوني نام برد.

درست مثل هر اکسيد کننده ديگر ، با بکار گيري ازن در تصفيه آب نيز فراورده هاي جانبي حاصل مي شود که برخي از آنها از نقطه نظر بهداشتي قابل توجه هستند. افزايش دانش وتجربيات محققين در 25 سال گذشته در خصوص کاربرد ازن منجر به کاهش مخاطرات ونگرانيها مربوط به استفاده از آن به کمترين حد ممکن گرديده است.

منابع

1- ضد عفوني کننده ها در تصفيه آب وفاضلاب – ترجمه حسين عليدادي – انتشارات تصفيه خانه آب اصفهان – سال 1379

2-واحد هاي عملياتي وفرايند در مهندسي محيط زيست – نوشته تام دي رنلرزوپل اي ريچاردز ترجمه ايوب ترکيان وسعيد مردان – انتشارات شرکت شهرکهاي صنعتي تهران – سال 1381

3- ازن وتصفيه نوشته g.p. Duget انتشارات تصفيه خانه آب اصفهان – سال 1381

کاربرد ازن در تصفيه آب آشاميدني

مطالب مشابه :

طبيعت به زبان گرجي

مهم ترین صعودهای کوهنوردان بزرگ جهان درسال 2011

پانزدهمین کوهنورد 14 تایی دنیا

کاربرد ازن در تصفيه آب آشاميدني

گزارش نیما یزدی پور در صعود به اورست از جبهه شمالی