دستگاه ازن ژنراتور (ازن ساز) به عنوان یکی از روش های مهم در گندزدایی انواع آب می باشد.
احتمالا شما خواننده گرامی به دنبال اطلاعات کاملی درباره دستگاه ازن ژنراتور می باشید .
با اطمینان اعلام می کنیم با مطالعه مطالب زیر به طور کامل با مفهموم دستگاه ازن ژنراتور، اجزا سازنده، مزایا و معایب آن نسبت به سایر سیستم های گندزدایی جهت تصفیه آب آگاه خواهید شد .
ازن (O3) بیش از صد سال است که شناخته شده است، در سال ۱۸۴۰ ازن به نام ozein مشهور بود که معنای بوی بد داشت. درسال ۱۸۵۷ یک دستگاه ازن ژنراتور یا همان ازن ساز طراحی شد و در سال ۱۹۰۶، دستگاه ازن ژنراتور برای اولین بار در تصفیه خانه ای در نایس فرانسه، برای تصفیه آب استفاده شد. کمتر از ۱۰ تصفیه خانه در آمریکا قبل از سال ۱۹۸۰ مورد بهره برداری قرار گرفته بود، اما تعدادی از آن ها به سختی کار می کردند همان طوری که بعداً توضیح خواهیم داد، بعدها لزوم وجود تصفیه خانه هایی با کاربرد ازن، افزایش یافت.
خصوصیات ازن به عنوان یک گندزدا چیست؟
ازن گازی چند شکلی از اکسیژن می باشد که در فشار و درجه حرارت نرمال، گاز ناپایدار بوده و به طور سریع تجزیه شده و به شکل اکسیژن معمولی(O2)در می آید. به دلیل همین خصوصیت، ازن قابلیت حمل و ذخیره شدن را ندارد. لذا باید در محل، تولید شده و سریعاً استفاده شود.
عملکرد دستگاه ازن ژنراتور به عنوان یک گندزدایی قوی:
ازن خاصیت اکسیدکنندگی بالایی دارد و قادر است ترکیبات آلی را که سبب ایجاد رنگ، مزه یا بو می شوند را از بین ببرد و در یک زمان یکسان پاتوژن های بیماری زای موجود را نابود نماید.
مشخصه مهم دستگاه ازن ژنراتور که آن را نسبت به دستگاه های دیگر متمایز می کند چیست؟
در نظر داشته باشید، یکی از خصوصیات مهم فرآیند ازن ژنراتور این است که هیچ باقیمانده ای در آب باقی نمی گذارد، که این خاصیت ازن، یکی از مزایای منحصر بفرد آن می باشد. حضور طولانی مدت ازن در آب باعث ایجاد مزه ی نامطلوب در آب خواهد شد و لذا مضراتی را به دنبال خواهد داشت.
مشکل اصلی کاربرد دستگاه ازن ژنراتور چه می تواند باشد؟
مشکل اصلی کاربرد دستگاه ازن ژنراتور، هزینه بهره برداری و اولیه بالای آن می باشد به علاوه مشکلاتی نیز در راه اندازی و نگهداری دستگاه ازن ژنراتور وجود دارد. بنابراین زمانی که منابع آبی، آلودگی بسیار بالایی(بیولوژیکی و شیمیایی)دارند، دستگاه ازن ژنراتور بیشترین گزینه مورد استفاده برای اکسیداسیون مواد آلی و گندزدایی اولیه می باشد، ولی باید بعد از دستگاه ازن ژنراتور مقداری کلر به آب اضافه نماییم تا با ایجاد باقیمانده در آب جلوی اثرات نامطلوب بعدی گرفته شود.
چرا باید از حضور باقیمانده ازن در آب اطمینان حاصل شود؟
گندزدایی با دستگاه ازن ژنراتور شامل افزودن ازن به منابع آبی با مقدار کافی است که به عنوان سریع ترین روش گندزدایی شناخته شده می باشد. به منظور تضمین عملکرد صحیح دستگاه ازن ژنراتور، باید از حضور باقیمانده ازن در طی دوره زمانی طولانی اطمینان حاصل نمود، این امر تخریب یا غیرفعال شدن میکروارگانیسم ها را تضمین می کند.
چگونگی مکانیسم گندزدایی با دستگاه ازن ژنراتور:
در گندزدایی با دستگاه ازن ساز صنعتی، به دلیل داشتن قدرت بالای آن در اکسید کردن تمامی بخش های سلول، باعث تخریب کامل باکتری می گردد. شواهد نشان می دهد که ازن بر روی ویروس، اسپور، باکتری های مقاوم و کیست ها به یک اندازه مؤثر است.
برای درک بهتر پروسه مکانیسم دستگاه ازن ژنراتور، می توانید کلیپ زیر را مشاهده کنید:
ظرفیت گندردایی با دستگاه ازن ژنراتور به شرح زیر می باشد:
ظرفیت گندردایی با دستگاه ازن ژنراتور برخلاف کلر است و وابستگی زیادی به طول مدت زمان باقیماندن در آب ندارد(اگر چه روی آن تاثیر دارد). اما به مقدار ازن اضافه شده بسیار وابسته است. دلیل این امر آن است که پتانسیل اکسیدکنندگی ازن بالاست و این عمل سبب شده است که ازن بسیار ناپایدار باشد(حتی در آب تقطیر شده)، در نتیجه تنها یکسری از مواد با درجه اکسیداسیون بالا سبب اکسیدشدن ازن شده و ازن را برای مدت کوتاهی در آب باقی خواهند گذاشت.
زمانی که مواد آلی در آب موجود باشد چه می شود؟
زمانی که مواد آلی در آب موجود باشد، خاصیت شیمیایی ازن جهت تشکیل کمپلکس افزایش یافته و شدت تجزیه آن بالا می رود. با یک پتانسیل اکسیدکنندگی حدود ۲.۰۷ ولت، به طور تئوری ازن می تواند بیشتر مواد آلی را اکسید کند و آن ها را به دی اکسید کربن و آب تبدیل نماید، گرچه ازن موادی را انتخاب می کند که بتواند سریع آن ها را اکسید کند.
از آنجایی که میزان ازن مورد نیاز همیشه بیشتر از مقدار ذخیره شده آن است، واکنش های ازن قبل از اینکه تمام مواد آلی را به طور کامل اکسید کند، متوقف خواهند شد.
آیا ازن به عنوان یک پیش تصفیه قابل استفاده است؟
ازن سابقاً به عنوان یک پیش تصفیه در فرآیند فیلتراسیون و به منظور تصفیه مواد آلی از طریق شکستن پیوندهای چندگانه آن ها کاربرد داشته است و از این طریق به انجام فرآیند کواگولاسیون کمک شایانی نموده است.
چگونه قدرت اثر ازن را افزایش دهیم؟
موضوع حائز اهمیت دیگر، قدرت اثر ازن می باشد که مشابه سایر گندزداها، وابسته به تماس مناسب با میکروارگانیسم ها است، بنابراین بهتر است سعی شود(اگر آب کدورت داشته باشد)از تجمع میکروارگانیسم ها جلوگیری به عمل آید. همچنین یک سیستم مناسب باید به گونه ای عمل نماید که قبل از آن که گاز به هدر رود، سبب افزایش تماس میکروارگانیسم ها با ازن شود.
آیا گندزدایی با دستگاه ازن، ژنراتور ترکیبات جانبی نیز بهمراه دارد؟
هنوز مشخص نشده است که غلظت ازنی که در گندزدایی آب آشامیدنی بوسیله دستگاه ازن ژنراتور به کار می رود می تواند اثر زیان آوری روی سلامتی انسان داشته باشد یا خیر. ازن نیز همانند کلر می تواند محصولات جانبی مانند برومات، بروموفرم، اسید برمواستیک، آلدهید، کتون و اسید های کربوکسیلیک ایجاد نماید. در بین این ترکیبات آلدهیدها بسیار برای سلامتی، مشکل ساز می باشند. اما اطلاعات کافی در مورد خطرات بوجود آمده در نتیجه حضور این ترکیبات در آب آشامیدنی وجود ندارد. در مورد کلر نباید خطرات سلامتی را غیر مرتبط با محصولات جانبی گندزدایی دانست. در عین حال اکثر باقیمانده ها باید با توجه به محصولات جانبی حاصل از فرایند دستگاه ازن ژنراتور مورد بررسی قرار گیرند.
بعد از فرآیند ازن ژنراتور به گندزدایی ثانویه نیاز است؟
عمل کلریناسیون به دنبال دستگاه ازن ژنراتور، به منظور گندزدایی ثانویه و جهت کاهش فرم تری هالومتان پیشنهاد می شود. همچنین پیشنهاد می شود که دستگاه ازن ژنراتور به دنبال کربن فعال یا بیوفیلم جذب، قرار گیرد. زیرا بدون شک ترکیباتی وجود دارند که تجزیه بیولوژیکی بالایی دارند و ضروری است که از ادامه حیات بیولوژیکی آن ها در سیستم های توزیع آب جلوگیری شود.
تجهیزات دستگاه ازن ژنراتور:
مشخصات دستگاه ازن ژنراتور عبارتند از :
- واحد آماده سازی گاز(هوا یا اکسیژن)
- ژنراتور ازن
- منبع انرژی الکتریکی
- تماس دهنده و واحد حذف گاز مازاد
در اغلب موارد یک فرآیند گندزدایی ثانویه، به منظور اطمینان یافتن از وجود باقیمانده گندزدایی در سیستم توزیع آب، اضافه می گردد.
الف)واحد آماده سازی گاز
هدف از این بخش، تهیه گاز خشک و خنک حاوی اکسیژن می باشد. انواعی از ژنراتورها از هوای خشک و یا اکسیژن خالص به عنوان منبع اکسیژن جهت تبدیل کردن اکسیژن به ازن استفاده می کنند. هوای به کار رفته باید خشک باشد، تا سبب میعان گازها در درجه حرارت حدود ۶۵- درجه سانتی گراد شود، به این ترتیب ازن حداکثر اثر خود را داشته و سبب کاهش فرم اکسید نیتروژن که مسبب افزایش خوردگی است، می شود.
ب) ژنراتور ازن(تولید کننده ازن)
سیستم های ازن ژنراتور مورد استفاده جهت تصفیه آب، ازن را در محل، تولید می کنند. تقریبا تمامی این سیستم های تولید ازن را با شارژ مجدد محصول توسط عبور از اکسیژن یا خنک کردن هوای بین دو عایق انجام می دهند.
انواع ژنراتورهای ازن
انواع ژنراتورهای ازن موجود در بازار شامل Otto Plate و Lowther Plate می باشد.
مدل Otto Plate
مدل Otto Plate که قدیمی ترین آن هاست به وسیله فاز منفی یا فاز اتمسفری راه اندازی شده و دارای مزایایی می باشد، اعم از اینکه قادر به بهره برداری در نقطه میعانی تا حدود ۳۰- درجه سانتی گراد بوده بدون اینکه مشکلی برای آن ایجاد شود. البته استفاده از این مدل در حال منسوخ شدن است، زیرا اثربخشی آن پایین است.
مدل Lowther Plate
مدل Lowther Plate که دارای هوای خنک شده است می تواند از هوای اتمسفر یا اکسیژن خالص استفاده نماید، حداقل انرژی را نیاز دارد و در سیستم های تهیه آب با دبی کم به کار می رود، در عین حال در مورد عملیات هایی با دوره های طولانی مدت، بسیار کم کاربرد دارد.
میزان حلالیت ازن در آب
نمودار زیر میزان حلالیت ازن در آب، در دماهای مختلف را نشان می دهد.
ج) منبع انرژی الکتریکی دستگاه ازن ژنراتور
بیشتر اوقات منابع انرژی الکتریکی در فرکانس های پایین (۵۰-۶۰هرتز) و ولتاژهای بالای ۲۰۰۰۰ ولت بکار می روند. با پیشرفت تکنولوژی، مدل هایی با فرکانس ۱۰۰۰ الی ۲۰۰۰ هرتز و ولتاژ ۱۰۰۰ ولت بوجود آمدند، که در سیستم های آبی بزرگ مورد استفاده قرار می گیرند. اگرچه فرکانس های بالا در منابع انرژی تاثیر بیشتری دارند اما این سیستم ها هنوز به صورت وسیع در سیستم های ذخیره آب جوامع کوچک به کار نمی روند.
د) کنتاکتورهای دستگاه ازن ژنراتور
سیستم های ازن ژنراتور از کنتاکتور برای تولید ازن، جهت گندزدایی آب استفاده می نمایند. نوع کنتاکتورهای انتخاب شده بستگی به هدف خاص عمل ازن زنی دارد. این کنتاکتورها در واکنش های سریع اعم از غیرفعال سازی میکروارگانیسم ها، اکسیداسیون آهن، منیزیم و سولفور، بهبود فلوکولاسیون و یا حتی واکنش های آهسته از قبیل اکسیداسیون موادی نظیر آفت کشها و مواد آلی فرار و سایر مواد پیچیده آلی که برای اهداف کینتیکی تمایل به واکنش های طولانی دارند، از کار می افتند.
با ازن مازاد تولید شده در دستگاه ازن ژنراتور چه باید کرد؟
غلظت ازن حل شده مستقیماً متناسب با فشار جزئی اعمال شده توسط ازن بر روی آب می باشد. به طوری که در بهترین حالت، گاز رها شده با راندمان ۹۰% حاوی ۵۰۰ الی ۱۰۰۰ میلی گرم بر لیتر ازن است. مازاد گاز ازن به طور متناوب به واحد پیش فرآیند، بازگشت داده می شود، تا سبب بهبود عملکرد اکسیداسیون و فلوکولاسیون شود. علیرغم این فرآیند بازگشت، معمولاً ازن اضافی در گاز خروجی وجود دارد که یا باید تخریب شود و یا به حد کافی رقیق شود تا مشکلاتی را برای سلامتی بوجود نیاورد. در تصفیه خانه هایی با مقدار دبی پایین، ازن می تواند با هوا رقیق شود.
اما در تصفیه خانه هایی با دبی بالا یکی از سه روش زیر برای تخریب ازن بکار می رود:
- تخریب حرارتی بوسیله افزایش درجه حرارت آب به بالای ۳۰ درجه سانتی گراد
- تجزیه کاتالیستی توسط جریان عبوری فلز و یا اکسیداسیون فلز
- جذب توسط گرانول مرطوب کربنی فعال
مزایا و معایب دستگاه ازن ژنراتور چیست؟
گندزدایی توسط اکسیداسیون فرآیندی است که در آن ازن توسط مواد موجود در آب مصرف می شود. نکته مهم آن است که تعیین میزان عملکرد ازن قبل از دستگاه ازن ژنراتور باید صورت پذیرد. از نقطه نظر اثرات باکتری کشی، دستگاه ازن ژنراتور قوی ترین گندزدا می باشد که در سیستم های ذخیره آب به کار می رود. زمان تماس و غلظت ازن برای غیرفعالسازی یا نابودی پاتوژن های موجود در آب بسیار کمتر از کلر آزاد یا هر گندزدای دیگری است.
از معایب اصلی دستگاه ازن ژنراتور می توان به فاکتورهای زیر اشاره کرد:
ظرفیت گندزدایی دستگاه ازن ژنراتور در PH نرمال موجود در سیستم های ذخیره آب زیاد نیست. یکی از معایب اصلی ازن این است که ازن، باقیمانده پایدار در آب ایجاد نمی کند. اگر چه ازن یک گندزدای اولیه غالب می باشد که بطور کامل میکروارگانیسم ها را تخریب می نماید، لیکن ضروری است تا از یک گندزدای ثانویه برای فراهم نمودن باقیمانده گندزدایی و حمایت آب در مقابل آلودگی های احتمالی ثانویه در سیستم توزیع استفاده نماییم. به همین دلیل و دلایل دیگری مانند هزینه بالای این فرآیند، دستگاه ازن ژنراتور ندرتاً به تنهایی برای اهداف گندزدایی به کار می رود، بنابراین زمانی از ازن استفاده میشود که جنبه های دیگری از تصفیه آب مدنظر باشد.
از دیگر محدودیت های گندزدایی با دستگاه ازن ژنراتور عبارتست از:
- عمر کوتاه ازن در آب که کمتر از ۳۰ دقیقه بوده
- واکنش با مواد آلی در آب و تولید مواد ترکیبی با وزن مولکولی پایین که قابلیت تجزیه پذیری بیولوژیکی بالاتری نسبت به پیش سازهایشان دارند، این فرآیند می تواند رشد میکروبی جدیدی در سیستم ایجاد کند، چون ازن طی این فرایند مواد آلی را متلاشی کرده و آن ها را به شکلی تبدیل می کند که میکروارگانیسم های موجود در شبکه توزیع می توانند آن ها را به عنوان غذا استفاده کنند.
به دلیل همین محدودیت ها ازن با سایر مواد گندزدا (گندزداهای ثانویه) که ضعیف تر بوده ولی زمان پایداری بالاتری دارند ترکیب می شود تا بدین منظور سبب جلوگیری از رشد میکروارگانیسم ها در سیستم توزیع شوند.
دستگاه ازن ژنراتور از دیدگاه اقتصادی:
استفاده از دستگاه ازن ژنراتور از دیدگاه اقتصادی برای سایر اهداف تصفیه آب نیز عملی می باشد. به عنوان مثال: در زمان یکسان به عنوان گندزدا برای تجزیه مواد آلی سنتتیک، حذف فنل، اجتناب از تولید تری هالومتان ها، بهبود بلوکولاسیون و برای دیگر اهداف مشابه به کار می رود. در ضمن به عنوان یک اکسیدکننده قوی با تاثیر سریع می باشد که تقریباً همیشه برای تامین اهداف چندگانه مخازن تصفیه آب، به جای عمل گندزدایی به تنهایی به کار می رود.