گندزدایی آب و فاضلاب

گندزدایی آب

هدف ضدعفونی غیرفعال کردن میکروارگانیسم های بیماری زا در آب و ایمن کردن آن برای مصرف انسان است. این مرحله برای جلوگیری از شیوع بیماری هایی مانند وبا، حصبه و اسهال خونی حیاتی است.

 ضدعفونی کننده های مختلفی در تصفیه آب استفاده می شود که هر کدام دارای خواص و ملاحظات منحصر به فردی هستند:

  –کلر: پرمصرف ترین ماده ضدعفونی کننده به دلیل اثربخشی، در دسترس بودن و محافظت باقی مانده است. کلر را می توان به صورت گاز کلر، هیپوکلریت سدیم یا هیپوکلریت کلسیم استفاده کرد.

  –ازن: یک عامل اکسید کننده قوی که ضدعفونی سریع را فراهم می کند و در برابر طیف وسیعی از عوامل بیماری زا از جمله ویروس ها و تک یاخته ها موثر است. ازن اغلب در ترکیب با سایر مواد ضد عفونی کننده به دلیل ناتوانی در ارائه گندزدایی باقیمانده استفاده می شود.

  –کلر دی اکسید: به دلیل قابلیت ضدعفونی قوی و اثربخشی آن در کاهش مشکلات طعم و بو استفاده می شود. احتمال تشکیل محصولات جانبی ضدعفونی مضر در مقایسه با کلر کمتر است.

  –اشعه ماوراء بنفش (UV): در حالی که اشعه ماوراء بنفش یک ضدعفونی کننده شیمیایی نیست، برای غیرفعال کردن میکروارگانیسم ها با آسیب رساندن به DNA آنها استفاده می شود. بسیار موثر است اما باقیمانده برجای نمیگذارد.

کلر

 کلرزنی: روش ضد عفونی غالب که به دلیل اثربخشی آن در کنترل طیف گسترده ای از عوامل بیماری زا، سنگ بنای اقدامات ضد عفونی از اوایل قرن بیستم بوده است.

 کلر با نفوذ به دیواره های سلولی میکروبی و اختلال در فرآیندهای سلولی عمل می کند و منجر به غیرفعال شدن ارگانیسم می شود. همچنین آلاینده های خاصی را اکسید می کند و به بهبود کلی کیفیت آب کمک می کند.

– کاربردها:

  – پیش کلرزنی: قبل از سایر فرآیندهای تصفیه، عمدتاً برای کنترل رشد بیولوژیکی در فیلترها و خطوط لوله اعمال می شود.

  –  پس کلرزنی: پس از فیلتراسیون و ته نشینی برای اطمینان از ضد عفونی قبل از ورود آب به سیستم توزیع اعمال می شود.

  – کلر باقیمانده: حفظ کلر باقیمانده در سیستم توزیع برای حفاظت مداوم در برابر آلودگی میکروبی در زمانی که آب در دسترس مصرف کنندگان قرار میگیرد، بسیار مهم است.

 

در تصفیه خانه ها لوله های زردرنگ نشاندهده لوله های گاز کلر هستند. نشت کلر بسیار خطرناک است به همین سبب در تصفیه خانه های سیستم های اعلان خطر نشت وجود دارد.

نقطه شکست کلر

درک نقطه شکست کلر برای سیستم هایی که از کلرآمینه استفاده می کنند، یا در سیستم های کلرزنی که ممکن است در آب آمونیاک وجود داشته باشد، مانند سیستم های فاضلاب، مهم است.

اصلاحات مهم:
> کلر آزاد: ترکیبی از Cl2، HOCl و OCl-
> کلر ترکیبی: بیشتر از کلرآمین ها تشکیل شده است که با افزودن آمونیاک به کلر آزاد تشکیل می شود و باعث تولید مونوکلرامین (NH2Cl)، دی کلرامین (NHCl2)، تری کلرامین (NCl3) و کلرامین های آلی می شود.
> کلر کل: مجموع کلر آزاد و ترکیبی

برای درک این مفهوم به تصویر زیر نگاه کنید:

نقطه شکست کلر

منطقه I

بیشتر کلر آزاد اضافه شده در این منطقه توسط فلزات واسطه موجود در آب مانند آهن یا منگنز کاهش می یابد 

منطقه II
با افزایش دوز، کلر آزاد با آمونیاک واکنش داده و مونوکلرامین را تشکیل می دهد که تا حدی توانایی ضد عفونی دارد. با مصرف کلر آزاد بیشتر و تشکیل کلرآمین بیشتر، کل باقیمانده کلر افزایش می یابد.

منطقه III
در منطقه III، کل باقیمانده کلر کاهش می یابد زیرا کلر آزاد بیشتری به سیستم اضافه می شود. مونوکلرامین به دی کلرامین اکسید می شود و سپس به تری کلرامین گازی تبدیل می شود که از سیستم خارح میشود.در این نقطه تمامی نیتروژن از سیستم خارج میشود.

منطقه IV
پس از رسیدن به نقطه شکست، باقیمانده کلر تقریباً به صورت خطی با دوز کلر آزاد اضافه شده افزایش می یابد. اکنون کلر آزاد برای اهداف ضد عفونی در سیستم وجود دارد.

ازن

ازن یکی از آلوتراپی های اکسیژن است که می توان آن را در میدان الکتریکی بسیار قوی از اکسیژن خالص یا از یونیزاسیون هوای خشک و تمیز تولید کرد. ازن با عبور هوای خشک از بین الکترود هایی که بوسیله یک شفاف هوا و یک دی الکتریک از یکدیگر جدا شده و با استفاده از جریان ولتاژی بین 8000 تا 20000 ولت تولید می شود. ازن اولین بار بعنوان یک عامل اکسید کننده قوی جهت از بین بردن مزه، رنگ و بو به کار برده شد. این ماده اکسید کننده هم بعنوان یک گندزدای اصلی جهت غیر فعال کردن میکروارگانیسم های بیماری زا و برای اکسید کردن آهن و منگنز، ترکیبات مولد مزه و بو، رنگ، مواد آلی مقاوم و پیش ساز های THM مورد استفاده قرارمی گیرد.

ضدعفونی قوی تری نسبت به کلر، به ویژه در برابر پاتوژن های مقاوم به کلر مانند *Cryptosporidium* و *Giardia* است. همچنین تشکیل محصولات جانبی ضد عفونی کلردار (DBPs) را کاهش می دهد.اما  ازن بسیار واکنش پذیر است و به دلیل ناپایداری آن باید در محل تولید شود. همچنین باقیمانده ندارد و برای حفظ ایمنی آب در سیستم توزیع به یک ضد عفونی کننده ثانویه نیاز دارد.

ازن ژنراتور برای گندزدایی آب و فاضلاب

دی اکسید کلر

ترکیب دی اکسید کلر در ابتدا توسط هامفری دیوی در سال 1814 کشف شد. او توانست این گاز خاص را با قرار دادن اسید سولفوریک روی کلرات پتاسیم تولید کند. سپس اسید سولفوریک را با اسید هیپوکلرو جایگزین کرد. واکنشی که این ترکیب به وجود می‌آورد، باعث شده تا غلظت‌ های زیادی از دی اکسید کلر تولید شود. در حالی که کلر در سال 1774 کشف شد و در ابتدا به عنوان اسید دریایی dephlogisticated نامیده می شد، هامفری دیوی تشخیص داد، که کلر خود حاوی هیچ اتم اکسیژن نیست. در عوض، اتم های اکسیژن باید با کلر ترکیب شوند تا دی اکسید کلر ایجاد شود.

دی اکسید کلر یک گاز زرد تا قرمز مایل به زرد است که می تواند به سرعت در هوا تجزیه شود. از آنجایی که این گاز خطرناک است، دی اکسید کلر همیشه در محلی که از آن استفاده می شود ساخته می شود. دی اکسید کلر به عنوان سفید کننده در کارخانه های خمیر کاغذ، که کاغذ و محصولات کاغذی تولید می کنند، و در تاسیسات عمومی تصفیه آب برای ایمن کردن آب برای آشامیدن استفاده می شود. 

دی اکسید کلر در آب محلول است و به سرعت با سایر ترکیبات واکنش می دهد. هنگامی که دی اکسید کلر در آب واکنش می دهد، یون کلریت را تشکیل می دهد که همچنین یک ماده شیمیایی بسیار واکنش پذیر است. از آنجایی که دی اکسید کلر بسیار واکنش پذیر است، می تواند باکتری ها و میکروارگانیسم های موجود در آب را از بین ببرد.

حدود 5 درصد از تأسیسات بزرگ تصفیه آب (که به بیش از 100000 نفر خدمات ارائه می دهند) در ایالات متحده از دی اکسید کلر برای تصفیه آب آشامیدنی استفاده می کنند. تخمین زده می شود که 12 میلیون نفر ممکن است از این طریق در معرض دی اکسید کلر و یون های کلریت قرار بگیرند. در جوامعی که از دی اکسید کلر برای تصفیه آب آشامیدنی استفاده می کنند، دی اکسید کلر و محصول جانبی آن، یون های کلریت، ممکن است در سطوح پایین در آب لوله کشی وجود داشته باشد.

 یون کلریت می تواند با یون های فلزی ترکیب شود و نمک های جامد (مانند کلریت سدیم) را تشکیل دهد. کلریت سدیم در آب حل می شود و یون های کلریت و یون های سدیم را تشکیل می دهد. بیش از 80 درصد کلریت (که به صورت کلریت سدیم وجود دارد) برای ساخت دی اکسید کلر برای ضدعفونی کردن آب آشامیدنی استفاده می شود. همچنین از کلریت سدیم به عنوان ضدعفونی کننده برای از بین بردن میکروب ها استفاده می شود.

دی اکسید کلر در غلظت های پایین تر از کلر موثر است و خطر تشکیل DBP را کاهش می دهد. به ویژه در کنترل طعم، بو و کاهش تشکیل تری هالومتان ها (THMs) و اسیدهای هالواستیک (HAAs) مفید است.

  -اما دی اکسید کلر به دلیل پتانسیل آن برای تشکیل کلریت، یک محصول جانبی ضدعفونی تنظیم شده، باید به دقت مدیریت شود. همچنین به تجهیزات تولید خاص و رسیدگی دقیق نیاز دارد.

اشعه فرابنفش UV

ضدعفونی با اشعه ماوراء بنفش یک فرآیند فیزیکی است که میکروارگانیسم ها را با قرار گرفتن در معرض نور فرابنفش غیرفعال می کند. برخلاف ضدعفونی‌کننده‌های شیمیایی، به واکنش‌های شیمیایی متکی نیست و هیچ باقیمانده‌ای در آب باقی نمی‌گذارد.

  – از لحاظ تاریخی، گندزدایی با اشعه ماوراء بنفش به طور گسترده در تصفیه فاضلاب استفاده شده است، اما به دلیل اثربخشی آن در برابر پاتوژن های مقاوم به کلر مانند کریپتوسپوریدیوم و ژیاردیا، در تصفیه آب آشامیدنی محبوبیت پیدا کرده است.

اشعه ماوراء بنفش به سلول های میکروارگانیسم ها نفوذ می کند و به DNA آنها آسیب می رساند که از تکثیر آنها جلوگیری می کند و به طور موثر آنها را غیرفعال می کند.

  – موثرترین طول موج UV برای ضدعفونی حدود 254 نانومتر (nm) است که در محدوده میکروب کشی طیف UV قرار دارد.

ثربخشی ضد عفونی اشعه ماوراء بنفش با دوز UV تعیین می شود که حاصل حاصل از شدت UV (اندازه گیری شده بر حسب میلی وات بر سانتی متر مربع، mW/cm²) و زمان قرار گرفتن در معرض (بر حسب ثانیه اندازه گیری می شود).

  – دوز UV مورد نیاز بسته به نوع میکروارگانیسم متفاوت است. تک یاخته هایی مانند کریپتوسپوریدیوم و ژیاردیا به نور UV حساس تر هستند و به دوزهای کمتری نیاز دارند، در حالی که ویروس ها معمولاً برای غیرفعال شدن مؤثر به دوزهای بالاتر نیاز دارند.

 UV به ویژه در برابر تک یاخته ها، باکتری ها و ویروس ها، از جمله آنهایی که در برابر کلر مقاوم هستند، موثر است.

  –  بر خلاف ضدعفونی کننده های شیمیایی، UV هیچ گونه باقیمانده ای در آب باقی نمی گذارد که خطر تشکیل DBP را از بین می برد.

  -ضدعفونی با اشعه ماوراء بنفش تقریباً فوراً با عبور آب از راکتور اتفاق می‌افتد که باعث کارآمدی آن می‌شود.

 اثر UV در نتیحۀ کدورت زیاد یا وجود ذرات به میزان قابل توجهی کاهش میابد. بنابراین، اغلب نیاز به پیش تصفیه دارد.

 – سیستم های UV به منبع تغذیه مداوم و تعمیر و نگهداری منظم، از جمله تعویض لامپ و تمیز کردن، برای حفظ عملکرد نیاز دارند.

-UV باقیمانده ای در آب ندارد در نتیحه نیاز به یک گندزدایی ثانویه برای اطمینان از حفط کیفیت میکروبی آب در شبکه توزیع نیاز دارد.

گندزدایی آب و فاضلاب با پرتوی فرابنفش