کاربرد ازن در تصفیه آب

کاربرد ازن در تصفیه آب

ازن یک گاز بسیار واکنش‌پذیر است که از سه اتم اکسیژن تشکیل شده است. ازن هم یک محصول طبیعی و هم یک محصول مصنوعی است. این گاز سال‌هاست که به عنوان یک ضدعفونی کننده آب و حذف کننده ارگانیسم‌های مضر در آب و از بین‌برنده بو در صنایع مختلف در سراسر جهان کاربرد عمده‌ای دارد. از ویژگی‌های منحصر به فرد ازن شامل مکمل عالی برای روش‌های ضدعفونی سنتی با پتانسیل صرفه‌جویی در هزینه‌ها و افزایش ایمنی می‌باشد.

ازن را می‌توان در چندین نقطه در سراسر سیستم تصفیه آب اضافه کرد. از جمله در زمان پیش اکسیداسیون، اکسیداسیون میانی یا ضد عفونی نهایی کاربرد دارد. معمولاً استفاده از ازن برای پیش اکسیداسیون قبل از فیلتر شنی یا فیلتر کربن فعال توصیه می‌شود. پس از ازن زدن این فیلترها می‌توانند مواد آلی باقیمانده را حذف کنند.

مزایای استفاده از ازن در تصفیه آب

– حذف مواد آلی و معدنی

– حذف ریز آلاینده ها مانند آفت‌کش ها

– تقویت فرآیند لخته سازی، انعقاد و دکانتاسیون

– ضدعفونی پیشرفته و کاهش عوارض جانبی ضدعفونی

– رفع بو و مزه

خواص شیمیایی و فیزیکی ازن

ازن یک مولکول بسیار واکنش پذیر و یک پاک‌کننده طبیعی است. این ترکیب در از بین بردن باکتری‌ها، ویروس‌ها و سایر میکروب‌ها از سفیدکننده کلر قوی‌تر است. در بخش‌های زیر به خواص فیزیکی و شیمیایی ازن می‌پردازیم:

خواص فیزیکی ازن

در واقع ازن یکی از قوی‌ترین پتانسیل‌های اکسیداسیون را در بین معرف‌های تصفیه آب دارد. پتانسیل اکسیداسیون آن 2.07 ولت است. بیش از 20 درصد ازن در مخلوط غلیظ اکسیژن و ازن می‌تواند گازها و مایعات را مشتعل کند. نیمه عمر ازن در آب تقریباً 20 دقیقه می‌باشد. از آنجایی که ازن دارای نیمه عمر 12 ساعته در هوا است از پایداری بالاتری برخوردار است. برخی از خواص فیزیکی ازن به شرح ذیل بیان شده است:

  • نقطه جوش: 111.9- درجه سلسیوس
  • چگالی در صفر درجه سلسیوس: 144 گرم در لیتر
  • حلالیت در آب در دمای صفر درجه سلسیوس: 64 گرم در 100 میلی لیتر
  • دمای بحرانی: 12.15- درجه سلسیوس
  • فشار بحرانی: 55.7 بار
  • چگالی بحرانی: 539.31 کیلوگرم بر متر مکعب
  • پتانسیل الکتروشیمیایی: 2.7 ولت
  • قابلیت اشتعال: ندارد
  • پایداری: بسیار ناپایدار

ساختار ازن

ساختار مولکولی ازن از 3 اتم اکسیژن تشکیل شده است و ناپایداری دارد. کوچکترین ذره ازن دارای مولکول‌های 3 اتمی می‌باشد. اتم‌های اکسیژن فوق فعال بوده و در مدت زمان بسیار کمی حدوداً کمتر از نیم ثانیه از هم جدا و به مولکول‌های اکسیژن متصل می‌شوند و نهایتاً تشکیل مولکول‌های دارای سه اتم اکسیژن را می‌دهند.

خواص شیمیایی ازن

مولکول‌های ازن در مکان‌هایی که این نمادها «δ + و  δ-» نمایش داده شده‌اند، فاقد الکترون هستند. بر این اساس آنها مولکول‌های دوقطبی هستند. این موضوع از ویژگی‌های متمایز ازن می‌باشد. علاوه بر این توجه به این نکته نیز مهم است که ازن الکتروفیل بوده و بسیار واکنش دهنده می‌باشد. زمانی که ازن در آب حل شود پراکسید هیدروژن تشکیل می‌شود:

O3 + 3H2O → 3H2O2

در نتیجه واکنش بین سولفید سرب و ازن، سولفات سرب تشکیل می‌شود. معادله شیمیایی این واکنش به شرح زیر است:

3PbS + 4O3 → 3PbSO4

بو و شکل ازن

گاز ازن گازی بی‌رنگ یا آبی کم‌رنگ (هنگامی که مایع می‌شود) با بوی قوی و متمایز (مانند آنچه پس از رعد و برق استشمام می‌کنیم) است.

در دمای کمتر از 192.2- درجه سانتیگراد به حالت جامد بنفش مایل به سیاه ایجاد می‌کند. در دمای 111.9- درجه سانتیگراد به مایع آبی تیره متراکم تبدیل می‌شود.

کاربرد ازن در صنایع مختلف

از ازن ساز در صنعت‌های گوناگونی استفاده می‌شود. در ادامه به بررسی برخی از ابعاد استفاده از ازن زن در موارد مختلف پرداخته ایم.

ازن در صنعت

ازن در صنعت به صورت گاز یا مخلوط با آب به کار می‌رود و با استفاده از مولد ازن، ازناتور یا ازن‌ژنراتور (ژنراتور تولیدکننده ازن) ایجاد می‌شود. ازن‌ژنراتور با گرفتن هوا از اتاق و فیلتر کردن اکسیژن از آن عمل می‌نماید. سپس با استفاده از بار الکتریکی یا UV اکسیژن را به اتم‌های جداگانه تجزیه می‌کند. اتم‌ها در دستگاه به ازن تبدیل می‌شوند و بسته به نحوه استفاده و کابرد به عنوان گاز در فضا رها شده و یا به صورت محلول شستشو استفاده می‌شوند.

این مولکول سه اتمی گازی در درجه اول برای ضدعفونی کردن اتاق‌ها و از بین بردن بو استفاده می‌شود. چرا که بر خلاف مواد شیمیایی می‌تواند به تمام محل‌های صعب العبور، درزها و منافذ مانند گوشه اتاق‌ها، پشت کمدها، مکان‌های مخفی در وسایل نقلیه یا سایر فضاهای بسته برسد. هنگامی که ازن با آب مخلوط می‌شود می‌توان از آن به شکل اسپری یا محلول همانند محلول فرمالین 37 درصد استفاده نمود و فرآیند گندزدایی را انجام نمود و بصورت پاششی عمل کرد.

ازن در لباسشویی و خشکشویی

اوزنایزر آب به ویژه در صنایع غذایی نیز دارای کاربرد عمده‌ای است. اما در خشکشویی‌های حرفه ای نیز از محبوبیت زیادی برخوردار است. جایی که از ازن به عنوان جایگزینی برای مواد ضدعفونی کننده (مانند مواد شیمیایی) با دمای بالا استفاده می‌شود. همچنین می‌توان از آن برای ضدعفونی لباس‌های حساس استفاده کرد.

ضدعفونی فاضلاب

ازن بسیاری از باکتری‌ها، تک یاخته‌ها و ویروس‌هایی را که باعث بیماری در انسان می‌شوند از بین می‌برد. برای تصفیه فاضلاب، ازن با عبور یک تخلیه الکتریکی از اکسیژن یا هوا تولید می‌شود. ازن برای تصفیه فاضلاب موثرتر از کلر است اما هزینه تمام شده آن گران است. این گاز سمی و خورنده بوده و زمانیکه آب دارای سطوح بالایی از مواد جامد معلق باشد به خوبی کار نمی‌کند.

ازن به عنوان سفیدکننده

رنگ موجود در مواد رنگی اغلب به دلیل پیوندهای دوگانه کربن-کربن مزدوج در مولکول‌های سازنده آن است. ازن به برخی از پیوندهای دوگانه کربن-کربن اضافه شده و رنگ را از بین می‌برد.

استفاده از ازن به عنوان سفیدکننده می‌تواند برای محیط زیست مفیدتر از سفید کننده‌هایی مانند NaOCl باشد، زیرا مواد جانبی مضری را به آب اضافه نمی‌کند.

سنتز شیمیایی (ازنولیز)

ازن با پیوندهای دوگانه کربن-کربن واکنش می‌دهد. در ترکیب با سایر واکنش دهنده‌ها، اکسیژن اضافه می‌کند و این پیوندها را می شکند. ازنولیز مرحله مهمی در سنتز بسیاری از عوامل دارویی است. ازن با پیوند دوگانه در این مولکول واکنش می‌دهد. پس از چندین مرحله یک مولکول جدید با واحد C-OH تشکیل می‌شود. به مولکول هایی که کربن به گروه های OH متصل است، الکل می گویند.

پس از طی مراحل، محصول واکنش یک مولکول جدید با واحد CHO است. مولکول‌هایی مانند این ترکیب آلدئید نامیده می‌شوند. علاوه بر این ازن بهترین اثر را در فرآیند شستشوی سرد یا دمای پایین دارد. بنابراین صرفه جویی در مصرف انرژی قابل توجه است.

ازن علاوه بر ضدعفونی و از بین بردن بو، قدرت پاک‌کنندگی متوسطی نیز دارد. بنابراین می‌توان میزان مواد شوینده را در فرآیند شستشو کاهش داده و بعلاوه بو را نیز از بین می‌برد.

ضدعفونی آب

هدف از گندزدایی آب از بین بردن ارگانیسم‌های بیماری‌زا در آب است. برخی از میکروارگانیسم‌های مضر در سیستم‌های ذخیره و توزیع آب می‌توانند ویروس‌ها، باکتری‌ها و تک یاخته‌ها باشند. این عوامل را می‌توان با فیلتر کردن یا غیرفعال کردن کاهش داد. فرآیند تصفیه یا فیلتراسیون شامل یک مانع فیزیکی (معمولاً یک غشاء) است که اجازه عبور میکروارگانیسم‌ها به پساب را نمی‌دهد. در حالیکه در غیرفعال‌سازی میکروارگانیسم‌ها به گونه‌ای تغییر می‌یابند که دیگر نمی‌توانند باعث بیماری شوند. برای اطمینان از یکپارچگی میکروبیولوژیکی آب در شبکه توزیع آب لازم است مقداری از ماده ضد عفونی کننده اضافه شود.

عوامل گندزدایی که معمولاً در تصفیه آب آشامیدنی استفاده می‌شود عبارتند از کلر آزاد، کلر ترکیبی (کلرامین‌ها)، دی اکسید کلر، ازن و اشعه ماوراء بنفش است.

در بحث ضدعفونی محلول فرمالین یکی از رایج‌ترین محلول‌های ضدعفونی در بخش تصفیه آب‌های صنعتی است. این ماده نقش مهمی را در صنعت گندزدایی پساب‌ها ایفا می‌کند. از فرمالین علاوه بر گندزدایی فاضلاب‌های صنعتی، پساب‌ها و آب‌های صنعتی در ضدعفونی و گندزدایی سطوح و محیط‌های مختلف استفاده می‌شود. ضمناً می‌توان از این ماده به صورت گاز (فرمالدئید) و یا محلول شده در آب با خلوص 37 درصد بصورت مایع فرمالین استفاده کرد.

کاربرد ازن در تصفیه و ضدعفونی آب

تصفیه آب با ازن ژنراتور نه تنها میکروارگانیسم‌های بیولوژیکی را از بین می‌برد بلکه فلزات موجود در آب مانند آهن، گوگرد و منگنز موجود در آن را نیز حذف می‌نماید. ازن به فرآیند تصفیه آب نیز بسیار کمک می‌کند. سال‌هاست که فناوری تصفیه آب با ازن در تصفیه‌خانه‌های فاضلاب شهری به‌عنوان یک ضدعفونی‌کننده قوی غیرشیمیایی شناخته شده است.

ازن بیش از 100 سال است که در تصفیه آب شهری، کارخانه‌های پرکردن آب و سایر فرآیندهای تجاری و صنعتی استفاده می‌شود. ضدعفونی با ازن در فرآیندهای تصفیه آب صنعتی، استخرها و آکواریوم‌های بزرگ و فاضلاب شهری کاربرد دارد.

مکانیزم گندزدایی آب با ازن

تصفیه آب با ازن یک روش تصفیه آب است که آلاینده‌ها را از طریق قدرت اکسیداتیو ازن کاهش می‌دهد. ازن یک اکسیدان است. به این معنی که با مواد دیگر واکنش می‌دهد و الکترون‌های آنها را می‌پذیرد. به عنوان مثال هنگامی که آهن اکسید می‌شود تبدیل به زنگ (اکسید آهن) می‌شود. تصفیه آب با ازن با ایجاد ازن در یک ژنراتور ازن آغاز می‌شود. سپس ازن به آب تزریق شده و بلافاصله شروع به اکسیداسیون و از بین بردن آلاینده‌ها مانند باکتری‌ها، ویروس‌ها و فلزات می‌کند.

ازن مواد آلی موجود در غشای باکتری‌ها، ویروس‌ها و انگل‌ها را اکسید می کند. این باعث ضعیف شدن، پاره شدن و از بین رفتن سلول‌های آنها شده و آلاینده‌ها را از بین می‌برد. ازن همچنین آهن، منگنز و مس را به ذرات جامد تبدیل می‌کند. این ذرات می‌توانند به راحتی از آب توسط فیلتراسیون مکانیکی یا فیلترهای کربن فعال خاص فیلتر شوند. از طریق اکسیداسیون، سیستم‌های تصفیه آب ازن حتی می‌توانند آب را عاری از کدورت و طعم و بوی بد ناشی از کلر کنند.

نیمه عمر ازن

ازن شکل سه اتمی اکسیژن (O3) است. این گاز قوی‌ترین عامل اکسیدکننده است و به راحتی برای تصفیه آب در دسترس است. اما در کنار توانایی اکسیدکنندگی این واقعیت وجود دارد که بسیار واکنش‌پذیر و ناپایدار است. زمانی که ازن در آب حل شود نیمه عمر آن تنها 20 دقیقه است. بنابراین باید به طور مداوم تزریق شود و صرفاً در محل نهایی قابل استفاده است. با تجزیه ازن به سادگی O2 بدست می‌آید.

در برخی از کاربردهای تصفیه آب با ازن این فرآیند مستلزم نگه داشتن ازن باقیمانده در آب تصفیه شده کمتر از یک حد معین است. در حالی که ازن نیمه عمر کوتاهی در آب در شرایط معمولی موجود در تصفیه آب دارد می‌تواند برای 1 تا 2 ساعت باقی بماند. در صورتیکه خوردگی ازن نگران کننده باشد باید اقداماتی برای کاهش یا حذف باقیمانده ازن انجام شود.

واحد فنی اسپوتا
ارسال دیدگاه

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.