کاربرد ازن در تصفیه آب آشامیدنی

[dadashali]

[JUSTIFY]یكي از اساسي ترين اهداف تصفيه آب گند زدائي يا ضد عفوني نمودن آب جهت مناسب نمودن براي شرب مي باشد. تاكنون براي گند زد ائي آب روشهاي مختلفي ارائه گرديده است كه مهمترين آنها كلرزني ، ازن زني واستفاده از دي اكسيد كلر ، برم ، يد ونيز اشعهUV مي باشد.
عمومي ترين روش گند زدائي در جهان كلر زني مي باشد كه 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 تشكيل تركيبات آلي كلرينه وساير تركيبات تري هالومتان[1] در اثر گند زدايي با كلر كه عوارض نامطلوبي را براي مصرف كنندگان به همراه دارد استفاده از گند زدا هاي جديد روز به روز ابعاد وسيع تري مي يابد.

ازن از جمله تركيباتي است كه با توجه به خواص ويژه خود ، نزديك به يك قرن است كه بعنوان گند زدا در آب آشاميدني توسط كشورهاي اروپايي مورد استفاده قرار گرفته است . اولين كار برد ازن در سال 1893 در كشور هلند وبراي تصفيه خانه اي كه از آب رودخانه راين تغذيه مي نمود صورت پذيرفت . امروزه بيش از يك هزار تصفيه خانه آب از ازن بعنوان بخشي از تصفيه شيميائي استفاده مي كنند كه اغلب آنها در كشورهاي غربي بويژه فرانسه ، سوئيس وكانادا قرا دارند . بزرگترين تاسيسات گند زدائي با ازن در مناطق پاريس ومونترال بكار گرفته شده است .

خواص فيزيكي وشيميائي ازن:
ازن يكي از اشكال آلوتروپي[2] اكسيژن بوده وگازي آبي رنگ با بوي تند وناپايدار مي باشد . اين تركيب يك اكسيد كننده قوي بوده وبسيار قوي تر از اسيد هيپوكلرو( ماده موثر گند زدايي كلر در آب ) مي باشد. حلاليت ازن در آب 12 مرتبه كمتر از حلاليت كلر 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 كلر ذخيره نمود. با توجه به حوادث زيادي كه در خصوص تركيدن سيستم هاي ذخيره ونگهداري كلر بوقوع پيوسته است اين محدوديت لزوماً جزء معايب استفاده از گاز ازن محسوب نمي شود. لكن عدم امكان ذخيره آن در مواردي موجب توقف يا اشكال در امر استفاده از سيستم گند زدا مي گردد.

خصوصيات بيوشيميائي ازن:
نقش ازن در تصفيه آب وپساب بعنوان يك عامل اكسيد كننده ويك تركيب ميكروب كش حائز اهميت بوده و د رمحيط آبي خصوصيات مشابهي با كلر دارد . از اينرو اين دو ماده بعنوان رقيب يكديگر ودر مواردي مكمل يكديگر مطرح مي باشند. ازن داراي دو خاصيت بسيار مهم در ارتباط با محيط اطراف خود مي باشد:

1-قدرت گند زدائي بالا:
خصوصيات ميكروب كشي ازن بيانگر پتانسيل بالاي اكسيد اسيون آن مي باشد. تحقيقات نشان مي دهد كه گند زدائي توسط ازن حاصل اثر مستقيم آن برباكتريها وتجزيه ديواره سلولي باكتريها مي باشد . كه از اين نظر با مكانيسم عمل كلر در فرايند گند زدائي متفاوت است. با توجه به قدرت بالاي گند زدائي ازن در مقايسه با كلر وساير گندزداها ، زمان كمتري جهت تكميل فرايند گند زدائي نياز مي باشد. بررسي ها همچنين بيانگر توانائي بيشتر ازن در از بين بردن ويروسها در مقايسه با كلر مي باشد.

2- ازن به عنوان يك اكسيد كننده قوي:
ازن مصارف زيادي در تصفيه آب آشاميدني از قبيل كنترل طعم وبو كنترل رنگ وحذف آهن ومنگنز علاوه بر گند زدائي دارد . قدرت اين اكسيد كننده در شفاف سازي منابع آب با كيفيت پائين مانند آبهاي بازيافتي مهم مي باشد. ازن مواد معدني را بطور كامل اكسيد نموده وموجب ته نشيني وحذف آنها مي گردد. اهميت عمده ازن در قابليت شكستن تركيبات آلي همراه با آهن ومنگنز مي باشد.

ازن در برطرف نمودن تركيبات آلي مولد رنگ ، قوي وموثر نشان مي دهد بطوريكه بعنوان يك عامل جلا دهنده خوب براي فاضلاب وحذف كننده رنگ در آب شرب كا ربردهاي فراواني يا فته است . ازن همچنين قادر است تركيبات فنوليك وديگر تركيبات مولد طعم را در آب شرب از بين ببرد. تحقيقات نشان داده است كه ازن مي تواند آفت كشهاي مالاتيون وپاراتيون را كه تركيباتي سرطان زا وخطرناك هستند به اسيد فسفريك ( بي خطر) تبديل نمايد.
اخيراً در خصوص استفاده از ازن به منظور كنترل وحذف كدورت ومواد آلي در مقررات E PA [3]رهنمود هايي ارائه گرديده است .

كنترل كدورت:
در يك تصفيه خانه متعارف كه از آب سطحي بعنوان ورودي استفاده مي نمايد اولين مرحله تصفيه حذف كدورت مي باشد كه براساس كيفيت آب خام ورودي بايد تعيين نمود كه مقدار پيش ازن زني با مقادير كم مناسب است يا خير؟ براي آبهاي با كدورت زياد مصرف مقدار كمي ازن باعث كاهش كدورت مي شود در حاليكه مصرف مقدارزياد ازن باعث افزايش كدورت مي گردد.

اگر پيش ازن زني در مقادير كم صورت پذيرد نياز به دو مرحله ازن زني در سيستم متداول تصفيه آب مي باشد درازن زني با مقادير كم همواره اولين مرحله مربوط به كنترل كدورت 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 اكسيد مي شوند.
اگر پيش ازن زني براي آبهاي با كدورت كم در نظر گرفته شود اغلب مقادير كم ازن كفايت مي نمايد ودر نتيجه تمام مراحل اكسيد اسيون به منظور انجام گند زدائي اوليه در يك نقطه صورت مي پذيرد. در اين گونه موارد معمولاً از فيلتراسيون مستقيم جهت عمليات صاف سازي استفاده مي شود وازن از طريق ناپايداركردن ذرات معلق وخنثي سازي بار ذرات كلوئيدي موجبات حذف كدورت 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 كه 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 ملكولي كم وغيرها لوژن دار ، آلدهيد ها، كتون ها [5]و الكل ها مي باشند كه اين تركيبات اغلب توسط ميكرو ارگانيسم هاي موجود در آب قابل تجزيه بيولوژيكي مي باشند ومعمولاً براي مصرف كنندگان بي خطر هستند . بطور معمول در آبهاي سطحي مقدار كمي يون برميد يافت مي شود كه در اثر ازن زني به يون برمات )- 3BrO ) ومحصولات جانبي ديگر تبديل مي شود . اين محصول همانند محصولات حاصل از كلر زني خطراتي جدي براي سلامتي ايجاد مي نمايد.

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

تجربيات تعدادي از كشورها در استفاده از ازن:

1-كشورآمريكا:
در سال 1940 نخستين واحد ازن زني به منظور از بين بردن طعم وبوي حاصل از مواد فنلي در آمريكا تاسيس گرديد . البته همواره از كلر زني نيز بصورت توامان استفاده مي گرديد تا در سيستم توزيع مقدار باقيمانده پايدار از گندزداها وجود داشته باشد.
تحقيقات نشان داده كه استفاده ازازن قبل ازكلر زني باعث كاهش توليد تري هالومتانها در حد كمتر از 1 ميكروگرم در ليتر مي باشد. با توجه به بالاتر بودن كيفيت آب منابع در دسترس در آمريكا نسبت به منابع آبي اغلب كشورهاي غربي ، استفاده از ازن در ايالات متحده كمتر مورد توجه قرار گرفته است لكن با افزايش آلودگي آبهاي سطحي وزير زميني در دهه 90 قوانين جديدي در راستاي بهبود كيفيت آب وضع شده كه از جمله آنها رويكرد بيشتر به استفاده از ازن در جهت افزايش كيفيت وقابليت اعتماد به آب شرب مصرفي مي باشد . از اين رو تعداد تصفيه خانه هاي داراي تاسيسات ازن زني دراين كشور بين سالهاي 90تا 94 از 20 به 60 عدد افزايش يافته است.

2-كشوركانادا:
اولين تاسيسات ازن زني در كانادا در سال 1956 نصب و راه اندازي شد. در اين كشور از ازن بعنوان گندازدا ونيز حذف كننده طعم وبو وكنترل كدورت استفاده گرديده است هرچند جهت حفظ مقادير باقيمانده گندزدا در شبكه سيستم كلر زني نيز بصورت همزمان بكار گرفته شده است . عمده كاربرد ازن در كانادا در حذف مشكلات طعم وبوهاي فصلي جهت كمك به امر گند زدايي بوده است.

3-كشورفرانسه:
در سال 1992 حدود700 تصفيه خانه در فرانسه با استفاده از سيستم ازن زني مشغول بكار بوده اند كه آب تمامي اين تصفيه خانه ها از آبهاي سطحي تامين مي شده است . هدف اصلي براي استفاده از ازن كنترل طعم بو ، تخريب فنل ، حذف مواد آلي وغير فعال سازي ويروسها واز بين بردن باكتريها مي باشد . در تعدادي از تصفيه خانه ها از ازن براي حذف رنگ وآهن ومنگنز استفاده مي شود ودر اكثر تصفيه خانه ها گزارش شده كه ازن باعث افزايش راندمان حذف كدورت گرديده است.

4- كشورسوئيس:
در سوئيس 150تصفيه خانه بزرگ وكوچك از ازن زني براي از بين بردن باكتريها وويروسها ، حذف طعم وبو ومواد آلي استفاده مي نمايند.

5-كشوراستراليا:
در استراليا نيز تعداد 42 تصفيه خانه با سيستم ازن زني فعاليت دارند كه تعدادي بعنوان گند زداي مكمل كلر وتعدادي نيز بعنوان حذف كننده رنگ ومواد آلي بكار 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 كيلو گرم ازن ، 15تا20 كيلو وات ساعت خواهد بود . اين در حاليست كه 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 الكتريسته مورد نياز فيلتر اسيون تصفيه خانه را مصرف مي نمايد. تخمين زده مي شود كه در صورت تزريق mg/lit 1 ازن ، به ازاي هر يك هزار متر مكعب آب تصفيه شده يك دلار صرف گردد.

مزايا ومعايب استفاده از پيش ازن زني در مقايسه با كلر :
1- مزايا:
1-1- كاهش 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-كاهش زمان مورد نياز براي تشكيل فلوك ولخته سازي
1-5-كاهش مواد شيميائي مورد نياز براي فرايند انعقاد
1-6-كاهش تركيبات تري هالومتان به ميزان قابل توجه ونيز ديگر تركيبات آلي كلر دار
1-7-كاهش لجن حاصل از بك واش[6] فيلتر

2- معايب:
2-1- هزينه نصب وراه اندازي بالا
2-2- ناپايداري وعدم ايجاد باقيمانده در آب
2-3- ايجاد تركيبات جانبي مضر (اين تركيبات نسبت به تركيبات جانبي كلر از حجم وعوارض كمتري برخوردار است)
2-4- عدم امكان ذخيره سازي جهت موارد اضطراري

نتيجه گيري:
به سختي مي توان تمام كاربردهاي ازن درآب آشاميدني را در اين مبحث كوتاه ارائه نمود . مهمترين موضوعي كه لازم است بخاطر داشته باشيم اينست كه با بكار گيري ازن در تصفيه آب آشاميدني مي توان بسياري از مشكلاتي كه توسط ديگر گند زداها واكسيد كننده ها قابل رفع نيستند را برطرف نمود كه از جمله مي توان از اكسيد اسيون آلاينده هاي ميكرو ، تثبيت بيولوژيكي آب وضد عفوني نام برد.
درست مثل هر اكسيد كننده ديگر ، با بكار گيري ازن در تصفيه آب نيز فراورده هاي جانبي حاصل مي شود كه برخي از آنها از نقطه نظر بهداشتي قابل توجه هستند. افزايش دانش وتجربيات محققين در 25 سال گذشته در خصوص كاربرد ازن منجر به كاهش مخاطرات ونگرانيها مربوط به استفاده از آن به كمترين حد ممكن گرديده است.

منابع:
1- ضد عفوني كننده 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 تركيان وسعيد مردان – انتشارات شركت شهركهاي صنعتي تهران – سال 1381
3- ازن وتصفيه نوشته g.p. Duget انتشارات تصفيه خانه آب اصفهان- سال 1381
[/JUSTIFY]