کاربرد ازن در تصفیه آب آشامیدنی

یکی از اساسی ترین اهداف تصفیه آب گند زدائی یا ضد عفونی نمودن آب جهت مناسب نمودن برای شرب می باشد. تاکنون برای گند زد ائی آب روشهای مختلفی ارائه گردیده است که مهمترین آنها کلرزنی ، ازن زنی واستفاده از دی اکسید کلر ، برم ، ید ونیز اشعهUV می باشد.
عمومی ترین روش گند زدائی در جهان کلر زنی می باشد که از دلایل عمده استفاده از آن می توان موثر بودن در غلظت پائین ، ارزان ودر دسترس بودن ونیز داشتن باقیمانده در آب پس از عمل گند زدائی را نام برد. با توجه به تشکیل ترکیبات آلی کلرینه وسایر ترکیبات تری هالومتان[۱] در اثر گند زدایی با کلر که عوارض نامطلوبی را برای مصرف کنندگان به همراه دارد استفاده از گند زدا های جدید روز به روز ابعاد وسیع تری می یابد.
ازن از جمله ترکیباتی است که با توجه به خواص ویژه خود ، نزدیک به یک قرن است که بعنوان گند زدا در آب آشامیدنی توسط کشورهای اروپایی مورد استفاده قرار گرفته است . اولین کار برد ازن در سال ۱۸۹۳ در کشور هلند وبرای تصفیه خانه ای که از آب رودخانه راین تغذیه می نمود صورت پذیرفت . امروزه بیش از یک هزار تصفیه خانه آب از ازن بعنوان بخشی از تصفیه شیمیائی استفاده می کنند که اغلب آنها در کشورهای غربی بویژه فرانسه ، سوئیس وکانادا قرا دارند . بزرگترین تاسیسات گند زدائی با ازن در مناطق پاریس ومونترال بکار گرفته شده است .
● خواص فیزیکی وشیمیائی ازن 
ازن یکی از اشکال آلوتروپی[۲] اکسیژن بوده وگازی آبی رنگ با بوی تند وناپایدار می باشد . این ترکیب یک اکسید کننده قوی بوده وبسیار قوی تر از اسید هیپوکلرو( ماده موثر گند زدایی کلر در آب ) می باشد. حلالیت ازن در آب ۱۲ مرتبه کمتر از حلالیت کلر بوده ومحلول آبی آن نیز ناپایدار می باشد.
با توجه به ناپایداری گاز ازن ، باید درمحل مصرف ونیز زمان مصرف تولید شود ونمی توان آنرا مثل کلر ذخیره نمود. با توجه به حوادث زیادی که در خصوص ترکیدن سیستم های ذخیره ونگهداری کلر بوقوع پیوسته است این محدودیت لزوماً جزء معایب استفاده از گاز ازن محسوب نمی شود. لکن عدم امکان ذخیره آن در مواردی موجب توقف یا اشکال در امر استفاده از سیستم گند زدا می گردد.
● خصوصیات بیوشیمیائی ازن 
نقش ازن در تصفیه آب وپساب بعنوان یک عامل اکسید کننده ویک ترکیب میکروب کش حائز اهمیت بوده و د رمحیط آبی خصوصیات مشابهی با کلر دارد . از اینرو این دو ماده بعنوان رقیب یکدیگر ودر مواردی مکمل یکدیگر مطرح می باشند. ازن دارای دو خاصیت بسیار مهم در ارتباط با محیط اطراف خود می باشد:
۱) قدرت گند زدائی بالا 
خصوصیات میکروب کشی ازن بیانگر پتانسیل بالای اکسید اسیون آن می باشد. تحقیقات نشان می دهد که گند زدائی توسط ازن حاصل اثر مستقیم آن برباکتریها وتجزیه دیواره سلولی باکتریها می باشد . که از این نظر با مکانیسم عمل کلر در فرایند گند زدائی متفاوت است. با توجه به قدرت بالای گند زدائی ازن در مقایسه با کلر وسایر گندزداها ، زمان کمتری جهت تکمیل فرایند گند زدائی نیاز می باشد. بررسی ها همچنین بیانگر توانائی بیشتر ازن در از بین بردن ویروسها در مقایسه با کلر می باشد.
۲) ازن به عنوان یک اکسید کننده قوی 
ازن مصارف زیادی در تصفیه آب آشامیدنی از قبیل کنترل طعم وبو کنترل رنگ وحذف آهن ومنگنز علاوه بر گند زدائی دارد . قدرت این اکسید کننده در شفاف سازی منابع آب با کیفیت پائین مانند آبهای بازیافتی مهم می باشد. ازن مواد معدنی را بطور کامل اکسید نموده وموجب ته نشینی وحذف آنها می گردد. اهمیت عمده ازن در قابلیت شکستن ترکیبات آلی همراه با آهن ومنگنز می باشد.
ازن در برطرف نمودن ترکیبات آلی مولد رنگ ، قوی وموثر نشان می دهد بطوریکه بعنوان یک عامل جلا دهنده خوب برای فاضلاب وحذف کننده رنگ در آب شرب کا ربردهای فراوانی یا فته است . ازن همچنین قادر است ترکیبات فنولیک ودیگر ترکیبات مولد طعم را در آب شرب از بین ببرد. تحقیقات نشان داده است که ازن می تواند آفت کشهای مالاتیون وپاراتیون را که ترکیباتی سرطان زا وخطرناک هستند به اسید فسفریک ( بی خطر) تبدیل نماید.
اخیراً در خصوص استفاده از ازن به منظور کنترل وحذف کدورت ومواد آلی در مقررات E PA [۳]رهنمود هایی ارائه گردیده است .
● کنترل کدورت
در یک تصفیه خانه متعارف که از آب سطحی بعنوان ورودی استفاده می نماید اولین مرحله تصفیه حذف کدورت می باشد که براساس کیفیت آب خام ورودی باید تعیین نمود که مقدار پیش ازن زنی با مقادیر کم مناسب است یا خیر؟ برای آبهای با کدورت زیاد مصرف مقدار کمی ازن باعث کاهش کدورت می شود در حالیکه مصرف مقدارزیاد ازن باعث افزایش کدورت می گردد.
اگر پیش ازن زنی در مقادیر کم صورت پذیرد نیاز به دو مرحله ازن زنی در سیستم متداول تصفیه آب می باشد درازن زنی با مقادیر کم همواره اولین مرحله مربوط به کنترل کدورت وحذف آهن ومنگنز می باشد. در مرحله دوم ازن زنی ، مواد آلی مولد طعم وبو ورنگ وDOC [۴] با استفاده از مقادیر بیشترازن وتماس زیاد اکسید می شوند.
اگر پیش ازن زنی برای آبهای با کدورت کم در نظر گرفته شود اغلب مقادیر کم ازن کفایت می نماید ودر نتیجه تمام مراحل اکسید اسیون به منظور انجام گند زدائی اولیه در یک نقطه صورت می پذیرد. در این گونه موارد معمولاً از فیلتراسیون مستقیم جهت عملیات صاف سازی استفاده می شود وازن از طریق ناپایدارکردن ذرات معلق وخنثی سازی بار ذرات کلوئیدی موجبات حذف کدورت را فراهم می نماید. این امر موجب انجام مناسب تر فرایند انعقاد وصرفه جوئی در مصرف مواد شیمیائی مورد نیاز می گردد به گونه ای که صرفه جویی حاصل از مصرف مواد با افزایش هزینه های مربوط به نصب سیستم ازن زنی مطابقت می نماید.
● محصولات جانبی حاصل از گند زدائی با ازن 
در غیاب یون برمید در آب ، محصولات جانبی حاصل از ازن زنی شامل اسید هایی با وزن ملکولی کم وغیرها لوژن دار ، آلدهید ها، کتون ها [۵]و الکل ها می باشند که این ترکیبات اغلب توسط میکرو ارگانیسم های موجود در آب قابل تجزیه بیولوژیکی می باشند ومعمولاً برای مصرف کنندگان بی خطر هستند . بطور معمول در آبهای سطحی مقدار کمی یون برمید یافت می شود که در اثر ازن زنی به یون برمات )- ۳BrO ) ومحصولات جانبی دیگر تبدیل می شود . این محصول همانند محصولات حاصل از کلر زنی خطراتی جدی برای سلامتی ایجاد می نماید.
پیش ازن زنی باعث تغییر شکل مواد آلی موجود در آب خام می گردد ازن ، مواد آلی دارای زنجیره طولانی و با تعداد ملکول زیاد را به مواد غیر قابل تجزیه بیولوژیکی ونیز برخی ترکیبات کوچکتر قابل تجزیه تبدیل می نماید. این امر بطور همزمان موجب افزایش اکسیژن محلول آب می گردد وشرایط برای رشد باکتریها ی هوازی مهیا می شود. در صورت استفاده از فیلترهای کربن فعال گرانولی (GAC ) در بخش فیلتر اسیون ، مواد آلی بر روی منافذ وسطح کربن فعال گرانولی جذب می شوند ولذا فیلتر بعنوان منبع تغذیه ورشد باکتریها ایفای نقش می نماید . در این صورت آبی که از چنین فیلتر هایی عبور می نماید مواد آلی را در سطح فیلتر باقی گذاشته واز رشد باکتریها درآب پس از فیلتر جلوگیری بعمل می آورد.
● تجربیات تعدادی از کشورها در استفاده از ازن
۱) کشورآمریکا
در سال ۱۹۴۰ نخستین واحد ازن زنی به منظور از بین بردن طعم وبوی حاصل از مواد فنلی در آمریکا تاسیس گردید . البته همواره از کلر زنی نیز بصورت توامان استفاده می گردید تا در سیستم توزیع مقدار باقیمانده پایدار از گندزداها وجود داشته باشد.
تحقیقات نشان داده که استفاده ازازن قبل ازکلر زنی باعث کاهش تولید تری هالومتانها در حد کمتر از ۱ میکروگرم در لیتر می باشد. با توجه به بالاتر بودن کیفیت آب منابع در دسترس در آمریکا نسبت به منابع آبی اغلب کشورهای غربی ، استفاده از ازن در ایالات متحده کمتر مورد توجه قرار گرفته است لکن با افزایش آلودگی آبهای سطحی وزیر زمینی در دهه ۹۰ قوانین جدیدی در راستای بهبود کیفیت آب وضع شده که از جمله آنها رویکرد بیشتر به استفاده از ازن در جهت افزایش کیفیت وقابلیت اعتماد به آب شرب مصرفی می باشد . از این رو تعداد تصفیه خانه های دارای تاسیسات ازن زنی دراین کشور بین سالهای ۹۰تا ۹۴ از ۲۰ به ۶۰ عدد افزایش یافته است.
۲) کشورکانادا 
اولین تاسیسات ازن زنی در کانادا در سال ۱۹۵۶ نصب و راه اندازی شد. در این کشور از ازن بعنوان گندازدا ونیز حذف کننده طعم وبو وکنترل کدورت استفاده گردیده است هرچند جهت حفظ مقادیر باقیمانده گندزدا در شبکه سیستم کلر زنی نیز بصورت همزمان بکار گرفته شده است . عمده کاربرد ازن در کانادا در حذف مشکلات طعم وبوهای فصلی جهت کمک به امر گند زدایی بوده است.
۳) کشورفرانسه 
در سال ۱۹۹۲ حدود۷۰۰ تصفیه خانه در فرانسه با استفاده از سیستم ازن زنی مشغول بکار بوده اند که آب تمامی این تصفیه خانه ها از آبهای سطحی تامین می شده است . هدف اصلی برای استفاده از ازن کنترل طعم بو ، تخریب فنل ، حذف مواد آلی وغیر فعال سازی ویروسها واز بین بردن باکتریها می باشد . در تعدادی از تصفیه خانه ها از ازن برای حذف رنگ وآهن ومنگنز استفاده می شود ودر اکثر تصفیه خانه ها گزارش شده که ازن باعث افزایش راندمان حذف کدورت گردیده است.
۴) کشورسوئیس 
در سوئیس ۱۵۰تصفیه خانه بزرگ وکوچک از ازن زنی برای از بین بردن باکتریها وویروسها ، حذف طعم وبو ومواد آلی استفاده می نمایند.
۵) کشوراسترالیا 
در استرالیا نیز تعداد ۴۲ تصفیه خانه با سیستم ازن زنی فعالیت دارند که تعدادی بعنوان گند زدای مکمل کلر وتعدادی نیز بعنوان حذف کننده رنگ ومواد آلی بکار گرفته شده اند.
● هزینه ها 
هزینه های مربوط به خرید ونصب تاسیسات ازن زنی با توجه به میزان ازن مورد نیاز ودبی تصفیه خانه متفاوت است ولی بطور متوسط هزینه ای بالغ بر ۵۰۰ تا ۶۰۰ هزار دلار برای آن پیش بینی می گردد.
انرژی متوسط مورد نیاز جهت تولید هر کیلو گرم ازن ، ۱۵تا۲۰ کیلو وات ساعت خواهد بود . این در حالیست که برای انجام مناسب گند زدائی با ازن ، دوز تعیین شده mg/lit ۵/۱-۱ می باشد. تاسیسات تولید ازن حدود ۶۸ در صد از الکتریسته مورد نیاز فیلتر اسیون تصفیه خانه را مصرف می نماید. تخمین زده می شود که در صورت تزریق mg/lit ۱ ازن ، به ازای هر یک هزار متر مکعب آب تصفیه شده یک دلار صرف گردد.
● مزایا ومعایب استفاده از پیش ازن زنی در مقایسه با کلر :
۱) مزایا
۱-۱) کاهش مقادیر رنگ ،طعم وبو به میزان قابل توجه
۱-۲) افزایش راندامان فیلتر اسیون ( حدود ۵۰ در صد )
۱-۳) افزایش راندمان گند زدائی 
۱-۴) کاهش زمان مورد نیاز برای تشکیل فلوک ولخته سازی 
۱-۵) کاهش مواد شیمیائی مورد نیاز برای فرایند انعقاد
۱-۶) کاهش ترکیبات تری هالومتان به میزان قابل توجه ونیز دیگر ترکیبات آلی کلر دار
۱-۷) کاهش لجن حاصل از بک واش[۶] فیلتر
۲) معایب
۲-۱) هزینه نصب وراه اندازی بالا
۲-۲) ناپایداری وعدم ایجاد باقیمانده در آب
۲-۳) ایجاد ترکیبات جانبی مضر (این ترکیبات نسبت به ترکیبات جانبی کلر از حجم وعوارض کمتری برخوردار است)
۲-۴) عدم امکان ذخیره سازی جهت موارد اضطراری 
● نتیجه گیری 
به سختی می توان تمام کاربردهای ازن درآب آشامیدنی را در این مبحث کوتاه ارائه نمود . مهمترین موضوعی که لازم است بخاطر داشته باشیم اینست که با بکار گیری ازن در تصفیه آب آشامیدنی می توان بسیاری از مشکلاتی که توسط دیگر گند زداها واکسید کننده ها قابل رفع نیستند را برطرف نمود که از جمله می توان از اکسید اسیون آلاینده های میکرو ، تثبیت بیولوژیکی آب وضد عفونی نام برد.
درست مثل هر اکسید کننده دیگر ، با بکار گیری ازن در تصفیه آب نیز فراورده های جانبی حاصل می شود که برخی از آنها از نقطه نظر بهداشتی قابل توجه هستند. افزایش دانش وتجربیات محققین در ۲۵ سال گذشته در خصوص کاربرد ازن منجر به کاهش مخاطرات ونگرانیها مربوط به استفاده از آن به کمترین حد ممکن گردیده است.

قوانین الکترولیز فارادی ساختار اورانیوم و دنیای ما