در فرآیندهای تصفیه آب و فاضلاب، گندزدایی یکی از آخرین مراحل اما از مهمترین بخشهای فرآیند است. حتی اگر بیشتر آلایندههای آب در مراحل قبلی حذف شده باشند، همچنان ممکن است میکروارگانیسمهایی مانند باکتریها، ویروسها و برخی عوامل بیماریزا در آب باقی بمانند. به همین دلیل انتخاب روش مناسب برای گندزدایی، مستقیماً بر کیفیت آب خروجی و ایمنی فرآیند تأثیر میگذارد.
یکی از فناوریهایی که در سالهای اخیر کاربرد گستردهای در تصفیه آب، صنایع غذایی، آب آشامیدنی و برخی فرآیندهای تصفیه پساب پیدا کرده، ازنژنراتور تصفیه آب است. این تجهیزات با تولید گاز ازن (O₃)، یک اکسیدکننده بسیار قوی را در اختیار سیستم تصفیه قرار میدهند.
اما ازن دقیقاً چگونه تولید میشود؟ چرا قدرت گندزدایی آن از کلر بیشتر است؟ و آیا میتوان ازن را بهعنوان جایگزین کلر در همه کاربردها در نظر گرفت؟
مکانیزم تولید گاز ازن در دستگاه
ازن مولکولی متشکل از سه اتم اکسیژن است و برخلاف اکسیژن معمولی، ساختار آن ناپایدارتر است. همین ناپایداری باعث میشود ازن تمایل زیادی به واکنش با ترکیبات مختلف داشته باشد.
در ازن ژنراتور تصفیه آب، ازن معمولاً از اکسیژن موجود در هوا یا اکسیژن خالص تولید میشود. یکی از روشهای رایج، استفاده از تخلیه الکتریکی کرونا است. در این روش، اکسیژن در معرض میدان الکتریکی با ولتاژ بالا قرار میگیرد و بخشی از مولکولهای O₂ به اتمهای اکسیژن تبدیل میشوند. این اتمها سپس با مولکولهای اکسیژن ترکیب شده و O₃ یا همان ازن را تشکیل میدهند.
گاز ازن تولیدشده معمولاً مستقیماً به آب تزریق نمیشود، بلکه از طریق سیستم انتقال گاز، ونتوری، دیفیوزر یا تجهیزات مشابه با جریان آب تماس داده میشود. هدف این است که انتقال جرم ازن از فاز گاز به آب با بیشترین راندمان ممکن انجام شود.
طراحی این بخش اهمیت زیادی دارد؛ زیرا ازن گازی ناپایدار است و نمیتوان آن را مانند کلر بهسادگی برای مدت طولانی ذخیره کرد. بنابراین، ازن باید در محل مصرف تولید شود.
مقدار ازن موردنیاز نیز یک عدد ثابت برای تمام پروژهها نیست. و پارامترهایی مانند دبی آب، کیفیت آب خام، میزان مواد آلی، کدورت، زمان تماس ازن با آب در تعیین دوز مورد نیاز نقش دارند.
قدرت اکسیدکنندگی ازن در برابر باکتریها
مهمترین ویژگی ازن، قدرت بالای اکسیدکنندگی آن است. ازن میتواند با دیواره سلولی و اجزای داخلی بسیاری از میکروارگانیسمها واکنش داده و ساختار آنها را تخریب کند. به همین دلیل، گندزدایی با ازن میتواند برای کنترل طیف قابلتوجهی از باکتریها، ویروسها و سایر میکروارگانیسمها مورد استفاده قرار گیرد.
اما کاربرد ازن فقط به گندزدایی محدود نمیشود.
این ماده میتواند با بسیاری از ترکیبات آلی و معدنی موجود در آب واکنش دهد و در برخی فرآیندها برای کاهش رنگ، بو و طعم نامطلوب نیز مورد استفاده قرار گیرد. به همین دلیل، ازن در بعضی سیستمهای تصفیه آب بهعنوان یک اکسیدکننده پیشرفته یا مرحله تکمیلی فرآیند استفاده میشود.
در تصفیه فاضلاب و پساب صنعتی نیز شرایط مشابهی وجود دارد. تصفیه پساب با ازن میتواند در شرایط مناسب، بخشی از ترکیبات مقاوم یا مواد آلی قابلاکسید شدن را هدف قرار دهد. البته این موضوع به معنی آن نیست که ازن باید جایگزین تمام فرآیندهای تصفیه فاضلاب شود. در پسابهایی با بار آلی بالا، استفاده مستقیم از ازن ممکن است از نظر اقتصادی توجیهپذیر نباشد و معمولاً باید بهعنوان بخشی از یک فرآیند چندمرحلهای بررسی شود.
مزیت اصلی: عدم تولید فرآوردههای جانبی مضر (THMs)
یکی از مهمترین دلایل توجه به ازن، تفاوت آن با کلر در تشکیل برخی محصولات جانبی گندزدایی است.
زمانی که کلر با مواد آلی طبیعی موجود در آب واکنش میدهد، امکان تشکیل ترکیباتی مانند تریهالومتانها یا THMs وجود دارد. میزان تشکیل این ترکیبات به عواملی مانند نوع و غلظت مواد آلی، مقدار کلر، زمان تماس، pH و دمای آب وابسته است.
ازن در شرایط مناسب میتواند این چالش را کاهش دهد و به همین دلیل در برخی سیستمهای پیشرفته تصفیه آب بهعنوان یک گزینه مناسب برای گندزدایی مورد توجه قرار گرفته است. البته بیان دقیقتر این است که استفاده از ازن، ریسک تشکیل THMهای ناشی از کلرزنی را حذف میکند؛ اما ازن نیز میتواند بسته به کیفیت آب و شرایط فرآیند، محصولات جانبی دیگری ایجاد کند. برای مثال، در حضور یون بروماید، احتمال تشکیل برومات وجود دارد و بنابراین کنترل شرایط فرآیند و پایش کیفیت آب اهمیت زیادی دارد.
به همین دلیل، نمیتوان صرفاً با مقایسه «ازن خوب است و کلر بد» درباره انتخاب روش گندزدایی تصمیم گرفت. هر دو فناوری مزایا و محدودیتهای خود را دارند.
ازن یا کلر؛ کدام گزینه مناسبتر است؟
اگر هدف، انتخاب یک فناوری برای پروژه صنعتی باشد، چند عامل باید همزمان بررسی شود:
- کیفیت و دبی آب یا پساب
- میزان مواد آلی و COD
- هدف اصلی گندزدایی یا اکسیداسیون
- زمان تماس موردنیاز
- نیاز یا عدم نیاز به باقیمانده گندزدا
- هزینه سرمایهگذاری و مصرف انرژی
- شرایط بهرهبرداری و نگهداری تجهیزات
- الزامات کیفی آب خروجی
جمعبندی
وقتی صحبت از انتخاب روش گندزدایی میشود، مسئله فقط انتخاب بین «ازن» و «کلر» نیست؛ مسئله این است که کدام فناوری با ماهیت آب، هدف تصفیه و شرایط بهرهبرداری یک مجموعه سازگاری بیشتری دارد.
در پروژههایی که کنترل میکروارگانیسمها در کنار اکسیداسیون ترکیبات آلی، کاهش بو و رنگ و کاهش وابستگی به مواد شیمیایی اهمیت دارد، ازن ژنراتور تصفیه آب میتواند یک گزینه قابلتوجه برای بررسی باشد. با این حال، نتیجه نهایی بیش از آنکه به خود دستگاه وابسته باشد، به انتخاب دوز مناسب، نحوه تزریق و طراحی زمان تماس بستگی دارد.
به همین دلیل، بهترین انتخاب لزوماً مدرنترین تجهیز نیست؛ بهترین انتخاب، فناوریای است که دقیقاً برای شرایط همان پروژه طراحی شده باشد.
