بررسی نقش ازن در تصفیه آب و فاضلاب

ازن در تصفیه آب و فاضلاب
ازن که به صورت طبیعی در اتمسفر تولید می شود، گازی بی رنگ است و بوی تندی دارد. از منظر شیمیایی، ازن یک ماده سه اتمی و شکل آلوتروپی اکسیژن با نشان شیمیایی O3 و وزن مولکولی ۳۸ است. ازن تخت فشار و دمای اتمسفری استاندارد، گازی ناپایدار است که به مولکول اکسیژن تجزیه می شود.

این اکسیدان بسیار قدرتمند با ظرفیت اکسایش-کاهش ۲٫۰۷، مصارف تجاری و صنعتی زیادی دارد. از ازن به طور گسترده در تصفیه آب آشامیدنی و غیر آشامیدنی و به عنوان یک اکسیدان صنعتی استفاده می شود. قدرت قابل توجه اکسیدکنندگی ازن و تجزیه آن به مولکول اکسیژن، آن را تبدیل به گزینه اول برای اکسیداسیون و ضدعفونی کرده است.

ون ماروم در سال ۱۷۸۵ متوجه شد که هوا در نزدیکی ماشین الکترواستاتیک وی، زمانی که جرقه های الکتریکی عبور می کنند بوی خاصی می گیرد. کروکشانک در سال ۱۸۰۱ همین بو را در آند در طول الکترولیز آب استشمام کرد. شونبین در سال ۱۸۴۰ به ماده ای که این بو را به وجود می آورد، ازن گفت که از واژه یونانی ozein به معنای بو گرفته شده است. زیمنس در سال ۱۸۵۷ یک ژنراتور ازن طراحی کرد که تا به امروز دچار پیشرفت های زیادی شده، نوع استوانه ای عایق که بیشتر از ژنراتورهای تجاری، ازن تولید می کند و گاهی اوقات به آن ژنراتور ازن نوع زیمنس گفته می شود..

اولین تصفیه خانه آب آشامیدنی در سال ۱۹۰۶ در نیس فرانسه شروع به کار کرد. از آنجایی که نیس از همان زمان از ازن استفاده می کرد، عموما به عنوان مهد تصفیه آب با ازن شناخته می شود.

از آن به بعد ازن با ارائه تجهیزات مدرن تولید ازن به سرعت در ایالات متحده محبوب شد. این تکنولوژی جدید اجازه تولید ازن با غلظت های مختلف برای مصارف اکثریت را می دهد. اخیرا تولید سازمان غذا و داروی آمریکا (FDA) نشان G.R.A.S (به طور کلی ایمن) را دریافت کرد.

ازن مزایای چشمگیر زیادی نسبت به جایگزین های شیمیایی دارد:

ازن را می توان در محل تولید کرد
ازن یکی از فعالترین و قابل دسترس ترین عوامل اکسیدکننده است
ازن به راحتی به اکسیژن تجزیه می شود و اثری باقی نمی گذارد
واکنش ها باعث تولید ترکیبات هالوژنی سمی نمی شود
ازن سریع تر و کامل تر از سایر عوامل ضدعفونی کننده، عمل می کند
ازن به سرعت و به طور موثر بر روی تمام ویروس ها اثر می گذارد
ازن به وسیله ازنولیز و کاتالیز، اکسیداسیون مستقیم یا غیر مستقیم انجام می دهد.

سه مسیر اصلی عملکرد ازن به شکل زیر رخ می دهد:

واکنش مستقیم اکسیداسیون ازن ناشی از عمل یک اتم اکسیژن است که واکنشی با ظرفیت بالای اکسیاش-کاهش است
واکنش غیر مستقیم اکسیداسیون ازن که در آن مولکول ازن به رادیکال های آزاد (OH) تجزیه می شود که به سرعت واکنش می دهد تا ترکیبات ارگانیک و غیر ارگانیک را اکسید کند
ازن همچنین می تواند به وسیله ازنولیز با اصلاح مولکول کامل در اتم های با پیوند دوگانه، دو مولکول ساده با خواص و مشخصات مولکولی متفاوت تولید کند
مقدار زیادی از ازن به صورت تجاری در ژنراتورهای مدرن به همان شکلی که به صورت طبیعی توسط تخلیه بار الکتریکی در صاعقه ایجاد می شود، تولید می گردد. عبور ولتاژ بالا، تخلیه بار الکتریکی متناوب (A.C.) در جریان گاز حاوی اکسیژن منجر به شکستن مولکول اکسیژن و تبدیل به اتم اکسیژن می شود. برخی از اتم های اکسیژن تبدیل به ازن شده در حالی که بقیه اتم ها تبدیل به مولکول اکسیژن می شوند. به منظور کنترل تخلیه بار الکتریکی و حفظ کرونا یا تخلیه بار صامت در فضای گازی، یک فضای عایق یا شکاف تخلیه بار با استفاده از مواد عایق نظیر شیشه یا سرامیک تشکیل می شود.

یک الکترود که معمولا از فولاد ضدزنگ ۳۱۶L ایجاد شده (ماده ای که مقاومت بالایی در مقابل خوردگی القایی توسط ازن در فاز گازی دارد)، به عنوان مرز دیگری از شکاف تخلیه بار عمل می کند. این کار به روش های زیادی انجام می شود اما پرتکرارترین آنها که از هندسه استفاده می کند، ژنراتور ازن استوانه ای عایق (نوع زیمنسی) است. استوانه عایق از لحاظ هندسی از سایر اشکال، کارامدتر است و تولید آن صرفه اقتصادی بیشتری دارد.

ازن تولیدشده به شکل تجاری برای واکنش های اکسیداسیون همیشه به صورت گاز از هوا با غلظت بین ۱ تا ۲ درصد از وزن یا از اکسیژن با غلظت بیش از ۲ درصد تا ۸ درصد از وزن تولید می شود. از آنجایی که ازن به شدت واکنش پذیر است و نیمه عمر کوتاهی دارد، نمی توان آن را به صورت گاز ذخیره و منتقل کرد. به همین خاطر، ازن همواره در محل و برای مصرف فوری تولید می شود.

زمانی که ازن به صورت گاز برای تصفیه آب استفاده می شود، به دلیل قدرت اکسیداتیو آن در درجه اول انجام می شود. این توانایی قدرتمند اکسیداسیون به ازن اجازه می دهد در کاهش یا حذف رنگ، مزه و بو موثر باشد. مهمتر اینکه ازن به طور موثر، باکتری ها و ویروس های غیر فعال را سریع تر از سایر ضدعفونی کننده های شیمیایی نابود می کند.

ازن همچنین فلزات سنگین را اکسید می کند. آهن و منگنز از طریق اکسیداسیون ازن تا حد بسیار پایین و ایمن، دچار کاهش می شوند۰ همین فرایند برای رها کردن فلزات سنگین محدودشده به صورت ارگانیک نیز انجام می شود که در غیر اینصورت به سادگی از بین نمی رود.

ازن در صورتی که به شکل مناسب در ابتدای فرایند تصفیه آب استفاده شود، منجر به تشکیل ترکیبات هالوژنی نظیر تری هالومتان (THM) که در زمانی که کلر به آب خام حاوی مواد هوموس اضافه می شود، نمی گردد. وقتی که THM به وجود می آید، اکسید کردن آن در صورت غیر ممکن نبود، دشوار خواهد بود. بنابراین ازن را می توان به عنوان اکسیدان در مراحل بعدی تصفیه آب استفاده کرد.

بیش از ۲۰۰۰ تصفیه خانه در سراسر جهان وجود دارد که از ازن برای تصفیه آب آشامیدنی استفاده می کنند. ازن یک ضدعفونی کننده موثر برای تصفیه فاضلاب شهری و صنعتی است که به مصرف کننده نهایی اجازه دستیابی به استانداردهای پیش از تصفیه EPA را می دهد. ازن در تصفیه مواد شیمیایی سمی و پیچیده زیادی موثر است. اما برای برخی ترکیبات، ضروری است که تصفیه با ازن به همراه اشعه ماورای بنفش یا ماورای صوت برای افزایش زمان واکنش همراه شود. مقدار ازن مورد نیاز برای تصفیه ترکیبات شیمایی خاص و زمان تماس مورد نیاز، متفاوت است.

تصفیه فاضلاب با ازن، باز هم در درجه اول برای ضدعفونی، تمرکز کلیدی بر روی استفاده از آن در ایالات متحده در طول دهه ۷۰ و ۸۰ بود. این رویکرد مجددا در حال استفاده برای جلوگیری از استفاده از کلر برای ضدعفونی است.

همچنین می توانید برای اطلاعات بیشتر در خصوص کاربرد های بی نظیر ازن در صنایع مختلف در حوزه های پرورشی، گلخانه ایی ، صنایع غذایی و … و همچنین جهت مطالعه مقالات مرتبط در سایت تحقیقات و اطلاعات ازن اینجا کلیک نمائید

گردآوری و تنظیم :

ozonecenter.ir