ازن و آب

آب گواراترين آشامیدنیها ست. آب طبیعی برای آنکه قابل آشامیدن باشد بایستی تصفیه شود.پس از تصفیه، آب زلال، بی بو، بی رنگ، بدون مزه خاص، بدون عوامل بیماریزا،بدون موادسمی همراه با مقداری موادو یونهای لازم بدست می آید. اساسي ترين و مهم ترین مرحله تصفيه آب آشامیدنی گندزدائي يا ضد عفوني نمودن آب جهت مناسب نمودن براي شرب مي باشد. روشهاي مختلفي براي گندزد ائي آب وجوددارد كه مهمترين آنها كلرزني ، ازن زني واستفاده ازسایرگند زداها مي باشد. روش سنتی گند زدائي آب كلر زني است که امروزه دربیشتر کشورهای دنیا مخصوصا کشورهای در حال توسعه رایج می باشد. تامين آب آشاميدني سالم و بهداشتي مورد نياز مردم ازاهمیت بسیاری برخوردار است چرا که بيماريهاي ناشي از آب آلوده مانند اسهال، وبا، حصبه و بيماريهاي انگلي هنوز سالانه نزديك به يك ميليارد انسان را مبتلا مي نمايند و باعث مرگ حدود 10 ميليون نفر،اكثرا در کشورهای در حال توسعه ميگردند. با توجه به قرار گرقتن منابع آبي در محدوده شهرها و ورود آلاينده هاي جديد و مقاوم به اين منابع ضروری است که تصفيه خانه هاي آب به سمت بهره گيري از گندزداهاي جديد و به كارگيري فن آوري هاي نوين در فرايند تصفيه آب گام بردارند.استفاده از كلر و مشتقات آن در گندزدائی آب موجب تشکیل تركيبات جانبي مضر و سمي مانند كلرات، تركيبات آلي كلرينه و تركيبات تري هالومتان(THM) می شودکه این مواد عوارض نامطلوبي را براي مصرف كنندگان به همراه داشته وسرطان زا هستند . گازازن با توجه به خواص ويژه خود وعدم تولیدمواد جانبی مضر ، جایگزین مناسبی برای کلر می باشد.این گاز نزديك به يك قرن است كه بعنوان گند زدا در آب آشاميدني توسط كشورهاي پیشرفته مورد استفاده قرار گرفته و تاكنون هزاران واحد تصفيه توسط ازن در سراسر اروپا، روسيه، ژاپن و ايالات متحده گسترش يافته است و در حال حاضر بيش از 3000 واحد تصفية آب توسط ازن در سراسر جهان و بيش از 300 واحد تصفية آب آشاميدني در ايالات متحده قرار دارد.در کشور ما نیزبهره گيري ازاین روش در تصفيه خانه آب اصفهان و بخش كمي از تصفيه خانه اهوازو بندرعباس صورت مي گيرد. بهترین روش ازن زني در تصفيه آب تزریق آن به آب در دو مرحله یا روش ازن-ازن مي باشدکه در مرحله اول پيش ازن زني در مقادير كم برای كنترل كدورت وحذف آهن ومنگنز صورت می پذيرد ودر مرحله دوم ازن زني ، آب كاملاٌ ضدعفوني شده و مواد آلي مولد طعم ،بو ورنگ و كربن آلي حل شده (DOC) با استفاده از مقادير بيشترازن وتماس زياد اكسيد مي شوند. پس از اين مرحله آب براي عرضه و توزيع وارد شبكه مي‌شود منتها قبل از اينكه وارد شبكه شود براي جلوگيري از آلودگي آب در شبكه مقدارکمی كلر به آن اضافه مي‌شود.

بطورکلی مزاياي استفاده از ازن در تصفية آبهاي آشاميدني بشرح زیرمی باشد:

ميكروب كشي سريع و وسيع

قابليت اكسيداسيون ازن بالاتر ازهمه گندزداهای رایج مانند كلرومشتقات آن، پركلرين، آب ژاول و غیره می باشد. 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 باشدکه به فرایند زوال سلولي (cell lysing) معروف است. و از اين نظر با مكانيسم عمل كلر در فرايند گند زدائي متفاوت است. کلرفقط با نفوذ به داخل سلول، آنرا غیرفعال میکند وقادربه پاره کردن دیواره سلولی وازبین بردن آن نیست.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. در مقام مقايسه ازن بعنوان گندزدا 25 بار قوي‌تر از اسيدهيپوكلرو (HOCl) و 2500 بار قوي‌تر از هيپوكلريت (OCl) و 5000 بار قوي‌تر از كلروآمين (NH2Cl) است. اين مسئله بوسيلة مقايسة ثابت‌هاي CT اندازه‌گيري مي‌شود كه عبارتست از غلظت و زمان لازم براي كشتن 99.9% كل ميكروارگانيزم‌ها. ميزان 0.4ppm از ازن در عرض 4 دقيقه مي‌تواند هر باكتري، ويروس، قارچ و يا كپكي را نابود سازد. در اين ميان قابليت ازن در از بين بردن ويروس‌ها بسيار شگفت‌انگيز بوده و حتي در غلظت‌هاي باقي‌مانده بسيار پايين مي‌تواند ويروسهاي بيماري‌زا مثل هپاتيت را از بين ببرد. در مطالعات آزمايشگاهي ثابت شده فقط 0.012ppm ازن در كمتر از 10 ثانيه مي‌تواند تمام ويروسها را نابود كند.همچنين كپك‌ها نيز به آساني توسط ازن در آب كنترل مي‌گردند. كيست‌هاي Giardia و Cryptospoidium به سهولت توسط ازن كنترل مي‌شوند در حاليكه مقادير طبيعي كلر بر آنها بي‌اثر است.

از بين بردن كامل طعم و بوي آب

ازن قادر است تركيبات فنوليك وديگر تركيبات مولد طعم را در آب شرب از بين ببرد. بو و طعم در منابع آبي بطور طبيعي از آلودگي‌هاي مواد آلي انساني بوجود مي‌آيد. بدين ترتيب كه باكتري‌ها با مصرف اين مواد، بخصوص در آبهاي سطحي باعث ايجاد طعم و بو مي‌شوند. مصرف كلر براي گندزدايي سبب ايجاد تركيبات كلروفنل با بو و طعم بسيار بالايي مي‌شود. بيشتر اين تركيبات بوزا توسط تصفية ازن از بين مي‌رود حتي برخي تركيبات سولفور نظير سولفيد هيدروژن، مركاپتان‌ها يا سولفيدهاي آلي مي‌توانند توسط ازن به سولفات‌ها، اكسيد شوند.

حذف كامل آهن و منگنز موجود در آب

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 فلزات سنگين را به شکل اكسيداسيون بالا كه معمولاً اكسيدهاي غیر‌محلولي هستند و به آساني با فيلتراسيون حذف مي‌شوند، تبديل مي‌كند. براي مثال آهن معمولاً در حالت فرو (Fe2+)، در آب محلول است كه در حضور ازن به يون فريك (Fe3+) كه در آب بصورت هيدروكسيد فريك خيلي نامحلول است تبديل شده و توسط فيلتراسيون جدا مي‌شود. ساير فلزات مثل منگنز در حضور آهن، كادميوم، كروم، كبالت، مس، سرب، آرسنيك ، نيكل و روي مي‌توانند توسط روش مشابه تصفيه شوند.

حذف رنگ

علت بروز رنگ در آبهاي سطحي وجود مواد آلي طبيعي نظير اسيدهاي تانيك، فلويك و هيوميك مي‌باشند. اين تركيبات در نتيجة تخريب مواد گياهي تولید می شوند ودر ساختمان آنها باندهاي دوگانه كربن ـ كربن به هم وصل مي‌شوند، زمانيكه سري پيوندهاي دوگانه به بالاي 20 برسد جذب رنگ در طيف مرئي بوجود مي‌آيد، ازن به اين پيوندهاي دوگانه مواد آلي حمله كرده و آنها را مي‌شكند و حذف اين پيوندهاي دوگانه باعث حذف رنگ مي‌شود. آبهاي سطحي معمولاً مي‌توانند در محدوده 4-2 ppm ازن،کاملا رنگ‌زدايي شوند.

حذف جلبك

ازن با توجه به خاصيت اكسيدكنندگي قوي قادر به از بين بردن انواع جلبكها مي‌باشد. ازناسيون آبهاي آلوده شده با جلبك، سبب اكسيداسيون و شناور شدن جلبك در سطح مخزن مي‌شود. ازن همچنين متابوليك‌هاي محصولات جانبي توليد شده توسط جلبك را اكسيد و حذف كرده و در نتيجه باعث حذف طعم و بو خواهد شد.

تثبيت انعقاد و حذف كدورت

در يك تصفيه خانه متعارف كه از آب سطحي بعنوان ورودي استفاده مي نمايد اولين مرحله تصفيه، حذف كدورت مي باشد. درمرحله پيش ازن زني ،ازن از طريق ناپايداركردن ذرات معلق وخنثي سازي بار ذرات كلوئيدي موجبات حذف كدورت را فراهم مي نمايد.و از فيلتراسيون مستقيم جهت عمليات صاف سازي استفاده مي شود. اكسيداسيون مواد آلي محلول توسط ازن منجر به توليد مولكول‌هاي قطبي و باردار مي‌شود كه مي‌توانند با يون‌هاي آلومينيوم و كلسيم واكنش داده و آنها را رسوب دهند. تصفية آب‌هاي سطحي با 0.5 ppm ازن منجر به كاهش كدورت، تثبيت قابليت ته‌نشيني و كاهش مقدار ذرات مي‌شود.استفاده ازازن برای کنترل کدورت مزایای زیر راشامل می شود:

– كاهش مواد شيميائي مورد نياز براي فرايند انعقاد

– كاهش زمان مورد نياز براي تشكيل فلوك ولخته سازي

– افزايش راندامان فيلتر اسيون ( حدود 50 در صد )

– كاهش لجن حاصل از بك واش فيلتر

اين روش 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.

حذف مواد آلي

ازن با بيشتر تركيبات سادة آروماتيك و آليفاتيك‌هاي غيراشباع نظير وينيل كلرايد، 1و1- دي‌كلرواتيلن، تري‌كلرواتيلن، P ـ دي‌كلروبنزن و غيره به سرعت واكنش مي‌دهد اما واكنش آن با آروماتيك‌هاي پيچيده و آليفاتيك‌هاي اشباع به آرامي صورت مي‌گيرد.ازن بيشتر تركيبات آلي نظير قندها، فنل‌ها، الكل‌ها و غيره را اكسيد كرده و خود به اكسيژن تبديل مي‌شود. ازن به همراه پراكسيد هيدروژن، يونهاي هيدروكسيل خيلي فعال را تشكيل خواهد داد كه باعث حملة نوكلئوفيليك روي تركيبات آلي است كه اين باعث تغيير مكان هالوژنها و ساير گروههاي عاملي نظير آمين‌ها و سولفيدها مي‌شود. 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.

عدم تولید پسماندهای مضر

محصولات جانبي حاصل از ازن زني شامل اسيد هايي با وزن ملكولي كم وغيرها لوژن دار ، آلدهيد ها، كتون ها 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. يكي از عيوب استفاده از كلر در اين زمينه، تشكيل مواد آلي از طريق واكنش آن با تركيبات آلي نظير كلروفرم، تتراكلريدكربن، كلرومتان و غيره است كه اين تركيبات بطوركلي، تري‌هالومتان (THM) ناميده مي‌شوندوچیزی حدود 850 ترکیب کارسینوژن پدید می آورندكه همگي سرطان‌زا هستند.درروش ازن زنی ،پيش ازن زني باعث تغيير شكل مواد آلي موجود در آب خام شده و 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 در 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.