تحقیق مقاله 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  میکروب های  بیماریزا ( پاتوژنها) محسوب میشود که به منظور جلوگیری از انتشار بیماری های 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 .

شکستن پیوندهای کربن- نیتروژن (انجام واکنشDepolymerization)

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

یک سیستم گندزدای ازن شامل اجزاء زیر است :

آماده سازی گاز ورودی سیستم (گاز تغذیه)

ژنراتور ازن

تماس دهنده ازن

سیستم از بین برنده ازن اضافی

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.

 گند زدائی بصورت پایلوت با شرایط خاص در هر دو تصفیه خانه از اول آوریل تا 31 دسامبر 1985 انجام گرفت  خصوصیات اجرایی تجهیزات در طول دوره پایلوت ارزیابی شده و در نتیجه فعالیت گندزدایی در طول فصل بعدی بهبود یافت .هزینه  سرمایه ای هر دو سیستم ازن در حدود 80% کل هزینه های تصفیه خانه بوده و همچنین  هزینه اجرای برنامه های تعمیر و نگهداری سیستم های ازن به ترتیب  حدود 9/1 و 7/3 درصد هزینه های تعمیر و نگهداری کل تصفیه خانه های بلمونت و ساوس پورت بوده است .

در سال 1989 برنامه  منظم تعمیر و نگهداری شروع شد . اطلاعات ثبت شده اثرات مهم فرایند اجرایی مربوط به تغییرات در جریان فاضلاب ، میزان تاثیر بر حسب غلظت کلیفرم مدفوعی و نیازبه  ازن را نشان  می داد  .

اطلاعات مربوط به نیاز ازن قبلاً نامشخص بود . مطالعات مختلفی برای  بررسی امکان کنترل بهتر فرایند گند زدایی با  ازن آغاز شد ه بود.  این مطالعات شامل نصب جدید  یک کنتاکتور ازن بعنوان پایلوت بود که به اپراتور های تصفیه خانه اجازه می داد تا میزان نیاز روزانه ازن را اندازه گیری کنند .تست های ردیابی برای اندازه گیری شدت جریان کوتاه کنتاکتور انجام گردید .نتایج حاصله اطلاعات مفید قابل توجهی را در مقایسه با سایر اقدامات بی نتیجه و گمراه کننده اولیه  ارایه نمود. این نتایج همچنین  نشان داد اجرای  تدابیر فنی مانند کاهش تعداد کنتاکتور در سرویس در شرایط جریان کند و متوسط  امکان حذف بیشترین مقدار کلیفرم مدفوعی را میسر می سازد

بهره برداری و  تعمیر و نگهداری :

ژنراتور ازن مقدار قابل توجی انرژی الکتریکی  مصرف می کند ، بنابراین بایستی  نسبت به این سیستم توجه دائمی معطوف شود تا اطمینان حاصل گردد که انرژی بصورت بهینه برای اجرای فعالیت کنترل شده گند زدائی  فراهم شده است .

در اتصالات داخلی یا خارجی ژنراتور ازن نباید هیچ نوع  نشتی  وجود داشته  باشد . اپراتور باید بر اساس برنامه منظم تعمیر و نگهداری واحد های فرعی خاص را جهت اطمینان از اینکه آن قسمتها بیش از حد گرم نشده باشند کنترل نماید . بنابر این اپراتور بایستی  بطور روتین قطعات را از لحاظ نشتی بازرسی نماید . چرا که  نشتی  های کوچک سبب ایجاد  غلظت های ازن غیر قابل قبول میشود. تجهیزات کنترل ازن  بایستی  تست گردیده و طبق نظر سازنده آن  کالیبره شود .

ازن مانند اکسیژن قابلیت حل شدن محدودی داشته  و در آب بسیار  سریعتر از هوا تجزیه میشود . با توجه به این خاصیت و همچنین خاصیت واکنش پذیری ازن ضروریست تا کنتاکتور ازن  به نحوی پوشانیده  شود که تا حد ممکن در فاضلاب پخش گردد .

ازن به شکل گاز  وقتی که به علظتی معادل240 گرم در متر مکعب میرسد قابلیت انفجار پیدا میکند از آنجائیکه در بیشتر سیستم های ازن زنی غلظت گازی ازن از 50 تا 200 گرم در میلی متر مکعب هرگز فراتر نمی رود بنابراین این خاصیت در کل مشکل ایجاد نمیکند .با این وجود  باقیماندن ازن به شکل گازی برای زمان مشخص خطر ناک می باشد  بنابر این  بایستی توجهات بسیار  جدی در طول فعالیت سیستم های گازی ازن به آن معطوف نمود .