www.ind.clinicab.ir

تصفیه و ضد عفونی آب و فاضلاب

مقدمه

امروزه حفظ منابع آب ، یعنی حیاتی ترین ماده ای که بشر به آن نیاز دارد بطور فزاینده ای مورد توجه مجامع مختلف بین المللی قرار گرفته است . رشد روزافزون جمعیت و در نتیجه بهره برداری بیش از حد از منابع محدود آب از یک طرف و آلوده شدن آنها بسبب فعالیتهای گوناگون زیستی ، کشاورزی و صنعتی بشر از طرف دیگر همگی دست به دست همدیگر داده و زنگ خطر بحران آب را در سالهای آینده به صدا در آورده است.

بنابراین حفظ کیفیت فیزیکی و شیمیایی و بیولوژیکی منابع آب سرلوحه فعالیت بسیاری از سازمانهایی است که به نحوی با این منابع سرو کار دارند.

این مهم از دو جنبه کلی قابل توجه است:

1 -افزایش کیفیت آبی که باید به مصارف گوناگون برسد که تحت تاثیر سه عامل عمده بوده است

-افزایش آلاینده ها در منبع طبیعی آب.

-آزمایشهای کیفی آب و فاضلاب با دقت بالا.

-افزایش سطح استاندارد آب آشامیدنی.

تحولاتی که در چند سال اخیر موجب پیشرفت تکنولوژی تصفیه آب و افزایش کیفیت آب

آشامیدنی شده است بشرح ذیل می باشد:

-    حذف مرحله کلر زنی در ابتدای تصفیه خانه  استفاده از کلر فقط در آخرین مرحله تصفیه

برای بهره برداری از کلر باقی مانده در شبکه.

-    استفاده از ازون و پرتودهی فرابنفش در مراحل مختلف تصفیه.

-    استفاده بیشتر از سیستم ازن ، بویژه استفاده از اکسیژن برای تغذیه دستگاه و بهره گیری

از برق با فرکانس متوسط ،باعث شده تا غلظت ازون بالا رفته و در نتیجه طراحی دستگاههای تولید ازن کوچکتر شود که نهایتا منجر به کاهش سرمایه گذاری اولیه برای تصفیه بروش ازن می گردد.

2 -افزایش کیفیت فاضلاب تصفیه شده گوناگون شهری ، روستایی ، کشاورزی و صنعتی.

پر واضح است که اهمیت این جنبه زیاد بوده و اگر تمام توجه به آن معطوف می شد هیچگاه بشر با بحران کم آبی روبرو نمی شد..

2 -تصفیه فاضلاب

ضلاب جمع آوری شده چه از مراکز جمعیتی یا کارخانجات نهایتا باید به منابع آب یا خاک باز گردانده شود . در هر مورد باید به این سوال پیچیده پاسخ داد که : برای حفظ محیط زیست ، کدام یک از آلاینده های فاضلاب ، و تا چه حد باید حذف شوند؟ پاسخ به این سوال مستلزم بررسی شرایط و نیازهای محلی ، همراه با کاربرد دانش علمی ، قضاوتهای مهندسی متکی به تجربه و رعایت شرایط و مقررات کشوری می شود.

گرچه جمع آوری آبهای سطحی و زهکشی از زمانهای قدیم شروع شده است ، ولی پیدایش نظریه میکروبی توسط کخ و پاستور در نیمه دوم قرن نوزدهم آغازگر عصر جدیدی در زمینه بهداشت عمومی شد . قبل از آن زمان رابطه آلودگی و بیماری فقط به صورت مبهم شناخته شده و از علم نوپای باکتری شناسی نیز برای تصفیه فاضلاب استفاده نشده بود.

روشهای تصفیه که در آنها کاربرد نیروهای فیزیکی عامل مهمتری است با عنوان عملیات واحد تصفیه شناخته شده اند . روشهای تصفیه که در آن حذف آلاینده ها از طریق واکنشهای شیمیایی و زیست شناسی صورت می گیرد با عنوان فراینده های واحد تصفیه معروف اند در حال حاضر ، عملیات و فرآیندهای واحد تصفیه در هم ادغام شده و آنچه را که امروزه مراحل اولیه ، و نهایی تصفیه نامیده می شود تشکیل داده اند . در تصفیه اولیه از عملیات فیزیکی تصفیه همچون آشغالگیری و ته نشینی برای جدا کردن مواد شناور و قابل ته نشینی موجود در فاضلاب بهره گرفته می شود . در تصفیه ثانویه از فرآیندهای شیمیایی و زیست شناختی استفاده  می شود تا قسمت اعظم مواد آلی از فاضلاب جدا شود . در تصفیه نهایی از واحدهای اضافی عملیات و فرآوری استفاده می شود . تا سایر آلاینده ها مانند نیتروژن و فسفر ، که مقدار آنها در تصفیه ثانویه کاهش چشمگیری پیدا نکرده است ، حذف شوند .

روشهای تصفیه زمینی ، که امروزه بیشتر به " سیستمهای طبیعی " معروف شده اند ، مجموعه ای از مکانیسم های تصفیه فیزیکی ، شیمیایی و زیست شناسی را به خدمت گرفته و آب را با کیفیتی مشابه آبی که از تصفیه نهایی فاضلاب حاصل شود تولید می کنند.

3- گندزدایی به روش کلر 

کلر زنی اگر چه بسیار رایج است اما نیاز به تجهیزات متعدد و جاگیر و از همه مهمتر نقل و انتقال و کاربرد گاز خطرناک کلر دارد ایمنی کامل در طراحی سیستمهای ذخیره و نگهداری کلر بایستی رعایت گردد بدلیل آنکه گاز کلر بسیار سمی و خورنده است . در کاربرد کلر به عنوان ضد عفونی کننده رعایت موارد زیر الزامی است .

 - کلریناسیون روزمره بایستی نزدیک نقطه کاربرد صورت گیرد .

- ذخیره کلر و تجهیزات کلریناتور بایستی در اتاقهای جداگانه صورت گیرد.

- تهویه بایستی کف اتاق تعبیه گردد بدلیل اینکه گاز کلر سنگینتر از هوا می باشد .

- ذخیره کلر باید جدا از تغذیه کننده های کلر صورت گیرد .

- اتاق کلر یناتور باید از نظر حرارت کنترل گردد. حداقل دمای 21 درجه سانتی گراد پیشنهاد می شود .

- از تابش خورشید بطور مستقیم روی سیلندرهای گاز کلر جلوگیری به عمل آید . وهرگز حرارت به طور مستقیم در تماس با سیلندرها نباشد .

کلر گازی است سمی و چنانچه در کاربرد آن رعایت نکات ایمنی نشود ممکن است باعث انفجار و مسمومیت گردد . به علاوه مانند تمام روشهای شیمیایی ماده ای به آب افزوده شده و طعم آن را تغییر می دهد و هزاران ترکیب خطرناک و بعضا سرطان زا پدید می آورد . امروزه مشخص شده که کلر با مواد آلی درون آب ترکیب و واکنش نشان داده و با تشکیل تری هالو متانهای چیزی حدود 850 ترکیب کارسینوژن ایجاد می کند که سرطان زا هستند.

اثرات زیست محیطی ناشی از گاز کلر در منابع آبی بدین صورت است که مقدار بیشتر از 5 میلی گرم در لیتر باعث مرگ و میر آبزیان مخصوصا ماهی می گردد .

بنابراین استفاده از پرتودهی فرابنفش و گاز ازون بطور روز افزون مورد توجه قرار گرفته وجایگزین کلر می شوند .

3- گندزدایی به روش ازن :

- ازون چیست ؟

ازون گازی است تقریبا بی رنگ با بوی ترش با قدرت اکسیداسیون بالا. مولکول ازون پایدار نبوده و در نتیجه نمی توان آن را انبار یا حمل نمود . این امر باعث می گردد که تولید ازن همواره در محل انجام گیرد . لذا مرحله حمل و انبار مواد شیمیایی در این روش حذف می شود.

بطور کلی دلایل استفاده از گاز ازون به شرح زیر است :

- اکسیداسیون جزیی یا کلی مواد محلول در آب .

- ته نشینی مواد محلول .

- لخته سازی مواد آلی .

- ناپایدار ساختن اجسام کلوئیدی .

- ضد عفونی و از بین بردن باکتریها ، انگلها و قارچها و...

بر خلاف کلر و مواد شیمیایی دیگر ، اکسیداسیون بوسیله ازون ، هیچگونه مواد سمی یا مضر در آب بجای نمیگذارد و نیاز به پالایش مجدد آب ندارد . تجربه نشان داده است که ازن سریعا اجزای محلول در محیط را اکسید می نماید و حاصل این اکسیداسیون تنها اکسید اجزا و اکسیژن می باشد لذا برای استفاده در مواردی که عناصر باقی مانده دیگر ممکن است مشکلات جنبی دیگر بوجود آورند مناسب می باشد . مولکول ازون پایدار نیست و پس از مدت کوتاهی شکسته می شود و تبدیل به مولکول پایدار اکسیژن می گردد .

- منابع تولید ازن

موجود در نور U.V. Vacuum گاز ازون بطور طبیعی در زمان رعد و برق یا بوسیله اشعه ویا تخلیه U.V خورشید بوجود می آید . اما بطور مصنوعی تولید ازون به دو طریق لامپهای الکتریکی صورت می گیرد. تولید ازون در حجم بالا عموما با تخلیه الکتریکی برروی دو قطب شناخته شده است . تولید کننده Silent Electrical Discharge (SED) انجام می پذیرد که بنام های ازون با استفاده از این روش با بهره برداری از الکترودهایی با ولتاژ بالا که به فاصله معین از هم قرار گرفته اند کار می کنند . در دستگاههای جدید تولید ازون ، اکسیژن در بین این فاصله جریان می یابد و با استفاده از تخلیه الکتریکی ازون تولید می شود .

3- گندزدایی به روش پرتو دهی : -

در میان روشهای فیزیکی ، پرتو دهی از دیر باز مورد توجه بوده است . پرتوهای مورد استفاده در این روش به دو دسته پرتو یونیزان ( شامل پرتو ایکس ، گاما ، بتا و آلفا ) و پرتو فرابنفش تقسیم میشوند . پرتو یونیزان به دلایل گوناگون از جمله عدم دسترسی عموم به منابع تولید آنها ( عمدتا ایزوتوپهای رادیو اکتیو ) ، خطر کاربرد آنها توسط عموم مردم در نتیجه نیاز به تخصصهای بالا و همچنین قدرت کم نفوذ برخی از آنها کمتر مورد استفاده قرار می گیرند . اما کابرد پرتو فرابنفش چیزی نزدیک به حدود یک قرن است که مورد توجه قرارگرفته است گندزدایی بوسیله این پرتو را میتوان استفاده از یک روش طبیعی پنداشت چرا که در طبیعت و در نور خورشید نیز گندزدایی بطور طبیعی انجام می شود.

پرتو فرابنفش :

سازوکارعمل پرتو فرابنفش به این ترتیب است که به دلیل نزدیک بودن انرژی این پرتو به انرژی الکترون های پیوندی ترکیبات آلی، این پرتو روی این ترکیبات اثرگذاشته و باعث گسستن برخی پیوندها و ایجاد پیوندهای جدید می شود. پیوندهای دوگانه یا سه گانه بین اتمهای کربن و یا پیوندهای بین کربن و دیگر اتمها مستعدترین پیوندهای اسیب پذیر توسط پرتوفرابنفش می باشند.

جذب پرتو فرابنفش توسط ترکیبات آلی و تشکیل طیفهای جذبی که برای هر ماده مخصوص به همان ماده است به همین منوال بوده و اساس یکی از روشهای تجزیه دستگاهی است.

3 - تولید پرتو فرابنفش :

پرتو فرابنفش به طور طبیعی درنور خورشید وجود دارد. در واقع در طبیعت انجام عمل ضدعفونی و کنترل رشد میکروارگانیسم ها به همین طریق انجام میشود. دلیل موثر بودن نور آفتاب در پاکیزگی بهتر لباس های شسته شده و همچنین زرد شدن و تغییر رنگ کاغذ و برخی از پارچه هایی که مدام در نور آفتاب قرار دارند وجود همین پرتو در نور خورشید است. تولید مصنوعی این پرتو با تخلیه الکتریکی در بخار جیوه در لامپهای مربوطه انجام می شود.

مشخصه فیزیکی تخلیه الکتریکی در بخار جیوه تولید چند طیف مشخص و ناپیوسته است که 253 نانومتر) آن در ناحیه پرتو فرابنفش قرار / دو طیف 185 و 254 نانومتر (به طور دقیق تر 7 می گیرد و بقیه در ناحیه مرئی. طول موج 254 نانومتر بیشترین شدت را نسبت به دیگر طول موج ها داشته و واجد خاصیت میکروب کشی است.

لامپهای مولد پرتو فرابنفش سه دسته اند :

1 - لامپهای کم فشار.

2 - لامپهای بافشارمتوسط.

3 - لامپهای پرفشار.

لامپهای کم فشارخود شامل دو دسته کاتد گرم وکاتد سرد می باشند.حدود 95 % طول موج تولید شده در ناحیه 7 نانومتر قرار دارد. کارآیی این لامپها شدیدا وابسته به ولتاژ ورودی دمای محل استفاده و عمر لامپ و تعداد دفعات خاموش و روشن آنها است که با کنترل هر یک از این عوامل در یک طراحی صحیح می توان اثرات هر عامل را به حداقل رسانید.

کارآیی لامپهای با فشار متوسط مستقل از 3 فاکتور یاد شده است اما بازدهی آنها نسبت به انرژی مصرفی آنها کم می باشد. در عوض نفوذ پذیری پرتو ساتع شده از آنها به خاطر شدت بالای آن بیشتر از لامپهای کم فشار است.__

3- ساز و کار اثر پرتو فرابنفش :

میکروارگانیسم ها سبب غیرفعال RNA یا DNA پرتو فرابنفش با اثر بر روی رشته وراثتی شدن میکروارگانیسم ها می شود. رشته های وراثتی در تمام موجودات اعم از تک سلولی و پرسلولی از واحدهایی به نام نوکلئوتید شامل یک باز آلی، یک ملکول قند 5 کربنی و یک دنباله فسفریل تشکیل شده اند. قندها و دنباله فسفریله آنها وظیفه پیوند دادن واحدهای نوکلئوئید را به عهده دارند و بازهای آلی در نگهداری دو رشته وراثتی در کنار یکدیگر با استفاده از پیوندهای هیدروژنی نقش دارند بازهای آلی به کار رفته در نوکلوئیدها در دو دسته بازهای پورین شامل آدنین و گوانین و بازهای پیریمیدین شامل

سیتوزین، تیمین، و اوراسیل قرار می گیرند. تمامی این بازها پرتو فرابنفش را در ناحیه 260 نانومتر جذب می کنند که بسیار نزدیک به پرتو خارج شده از لامپهای مولد این پرتو میباشد.

جذب پرتو فرابنفش توسط بازهای پیریمیدین بیش از بازهای پورین است. در نتیجه جذب انرژی پرتو فرابنفش هرجا که در طول رشته وراثتی بازهای پیریمیدین در مجاورت هم باشند به یکدیگر جوش می خورند بنابراین دو رشته وراثتی در این مکان ها به هم متصل شده و جدا نمی شوند و به این ترتیب میکروارگانیسم مربوطه قادر به تکثیر نخواهدبود. دیمرهای سیکلوبوتان تیمین - تیمین وتیمین - اوراسیل در مورد در (TDHT) اشکال فعال و غیر اسپورباکتریها و ترکیب 5 - تیمینیل - 5 و 6 - دی هیدروتیمین مورد اشکال اسپورباکتریها و یا غیراسپور اما در حالت انجماد آنها شناسایی شده است.

حساسیت میکروارگانیسم های گوناگون به این پرتو به دلیل وجود ساز و کارهای گوناگون 6 وات در ثانیه برمترمربع متغییراست. در - ترمیمی در آنها با بکدیگر متفاورت بوده و از 6000 برای سنجش میزان تاثیر پرتو به کار می رود که معادل I×T واقع در مورد پرتو فرابنفش فاکتور شدت پرتو می باشد. I در مورد روشهای شیمیایی می باشد و درآن C×T فاکتور به طور کلی ساز و کارهای ترمیمی در دودسته قرار می گیرند:

1 . واکنشهای ترمیم در نور که معمولا به طول موج زیر 510 نانومتر نیاز دارند.

2 . واکنشهای ترمیم در تاریکی که شامل یک سری عملیات ترمیمی و اصلاحی روی ژنوم میکروارگانیسم ها می شوند.

عموما توسط ساز و کارهای ترمیمی در نور از بین می UT و TT جالب توجه است که دیمرهای توسط ساز و کارهای ترمیم در تاریکی و آنهم به سختی از بین می رود. TDHT روند اما ترکیب اگرچه نقطه ضعف روش پرتودهی فرابنفش تنها همین مسئله مقاومت برخی از گونه های میکروارگانیسم ها است، اما با افزایش زمان پرتودهی، شدت آن و یا هر دو (بر اساس فاکتور عملا هیچ میکروارگانیسمی نمی تواند جان سالم به در ببرد. (I×T

3- عوامل موءثر بر کار آیی پرتو فرابنفش:

آنچه در مورد کاربرد این پرتو مهم است فاکتورهایی است که می توانند عبور این پرتو را از محیط آبی تحت تاثیر قرار دهند. 4 فاکتور عمده عبارتند از:

1 . کدورت آب .

2 . غلظت ترکیبات آلی موجود در آب .

3 . میزان آهن موجود در آب .

4 . غلظت یونهای نیترات و نیتریت .

هریک از این فاکتورها به شدت از میزان عبور این پرتو می کاهند. از طرفی تمیز بودن لامپهای مولد پرتو نیز مهم می باشد. امروزه با نصب بازوهای متحرک روی دستگاه ضدعفونی با پرتو فرابنفش به خوبی با این مشکل مقابله می شود و لامپها یا پوشش کوارتز آنها به طور خودکار یا دستی بدون نیازبه پیاده کردن دستگاه پاک می شوند.

3- کاربرد پرتو فرابنفش جهت ضد عفونی منابع آب و فاضلاب:

کاربرد پرتو فرابنفش به عنوان یک روش ضدعفونی کننده فیزیکی در تصفیه منابع آب و فاضلاب به طور مستقل و یا به عنوان مکمل سایر روشها از دیرباز مورد توجه بوده است. جدیدا به کمک این پرتو در کنار استفاده از هیدروژن پروکساید برای از بین بردن ترکیبات آلی کلردار نیز استفاده می کنند

کاربرد این پرتو در زمینه های زیر می باشد:

1 . ضدعفونی آب آشامیدنی در پایان مراحل تصفیه به عنوان روش اصلی ضدعفونی و پیش از توزیع به شبکه مصرف. در این خصوص تنها دوز کمی از کلر، کلردی اکساید یا کلرامین جهت توزیع آب به شبکه مورد نیاز است.

2 . ضدعفونی آبهای سطحی و چاه، به ویژه در مزارع و روستاها به شرطی که کدورت و غلظت ترکیبات آلی و میزان آهن و یونهای نیتریت و نیترات آن در حد استاندارد معمول باشد.

3 . ضدعفونی آبی که در صنایع مختلف از جمله صنایع غذایی، دارویی، الکترونیک و غیره به کارمی رود.

4 . گندزدایی پسابهای گوناگون در آخرین مرحله تصفیه فاضلاب. طرح شماتیک کاربرد پرتو فرابنفش برای چنین منظوری در شکل 4 نشان داده شده است.

- ضدعفونی آب استخرهای شنا به منظور کم کردن میزان کلر به کار برده شده در حد کلر باقی مانده.

فواید کاربرد پرتو فرابنفش در هر یک از موارد اشاره شده به شرح زیر می باشند:

1 . انجام موثر عمل ضدعفونی.

2 . سرعت عمل، سرعت ضدعفونی شدن با پرتو فرابنفش از هر روش شیمیایی و فیزیکی دیگر کوتاه تر بوده و در حد ثانیه است.

3 . اقتصادی بودن روش.

4 . عدم کاربرد مواد شیمیایی.

5 . امن بودن.

6 - راحتی نصب دستگاه ها نگهداری آسان و بدون نیاز به پرسنل متخصص.

7 . اشغال فضای کم.

8 . خودکار بودن کار دستگاه.

9 . سازگاری با محیط زیست.

مقایسه موارد فوق با روشهای دیگر به ویژه کلرزنی قابل درک است.

3 - از بین بردن ترکیبات آلی کلردار:

جدیدا مشخص شده است که چنانچه پرتو فرابنفش در مقادیری بیش از آنچه برای عمل 2 برابر) به همراه هیدروژن پروکساید به کار رود، غلظت - ضدعفونی کردن لازم است ( 10 ترکیبات آلی کلر دار مانند تری کلرو اتیلن، تتراکلرواتیلن، دی کلرواتیلن، کلروفرم و غیره را در آب طبق معادلات زیر در نهایت به دی اکسید کربن و اسید کلریدریک تجزیه کرده و به زیر مقادیر

مجاز و استاندارد می رساند:

C2HCL3 + 3H2O2 UV > 2CO2 + 3HCL + 2H2O .1

C2HCL3 + O3 + H2O or > 2CO2 + 3HCL •

3 نمودار مربوط به کاهش موثر غلظت سه نوع از ترکیبات آلی کلردار به وسیله پرتو ، درشکل 5 فرابنفش نشان داده شده است.

فواید کاربرد پرتو فرابنفش علاوه بر مواردی که برای کاربرد آن به عنوان عامل ضدعفونی کننده بیان شد شامل موارد زیرمی باشد:

1 . اطمینان به ازبین رفتن ترکیبات کلردار.

2 . عدم نیازبه تغییرات اساسی در سیستم اصلی.

3 . تخریب شیمیایی به موازات عمل ضدغفونی.

کاربرد این روش جدید در ژاپن به طور عملی در شهر کوماموتو در استان کیوشو به اثبات رسیده است.

:References مراجع

1 - مهندسی فاضلاب، جلد اول، شرکت مهندسی متکاف وادی (تجدید نظر توسط جورج

چوبانوگلوس، فرانکلین ال. بورتن) ترجمه احمد ابریشم چی، عباس افشار، بهشید جمشید -

.1374

597– 8 ، 411 - صفحات 15

2 - Disinfection , sterilization, and preservation, Block, Seymour stanton, 4 th ed,

کلینیک تصفیه آب صنعتی ایران ارائه دهنده خدمات تصفیه آب و تصفیه پساب مفتخر به ارائه سیستم های ضد عفونی کننده آب و.. در صنایع مختلف است.

جهت کسب اطلاعات بیشتر با ما تماس بگیرید.