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.