گاز ازن در تصفیه فاضلاب در نیروگاه ها

[badali]

استفاده از ازن برای تصفیه فاضلاب نیروگاه
نویسنده: ندا بدلی


چکیده:


من در این مقاله سعی دارم روش مناسبی برای تصفیه فاضلاب های انسانی در نیروگاه ها معرفی شود که قابلیت اجرا داشته باشدپساب های تولیدی در نیروگاه به ازای اب مصرفی مشخص می شود میزان مصرف اب به ازای هر نفر در نیروگاه 100 لیتر است در روز که با توجه به ان میزان پساب تولیدی 45 لیتر در روز محاسبه می گردد و برای ظرفیت تصفیه فاضلاب تعداد نفرات شاغل در نیروگاه در ان ضرب می شود.امروزه در ایران برای تصفیه فاضلاب از روش بیولوزیکی بهره گیری می گیرند روشی که در اینجا مورد بررسی قرار داده ام یک روش ثانویه است که قابل جیگزینی به سیستم کلر زنی و لجن فعال می باشد زیرا کلر موجود در اب باعث اسیب رسیدن به محیط زیست می شود.ازن باکتری های بسیاری را چه گرم مثبت و چه گرم منفی نابود می کند، ازن بر روی تخم باکتری ها نیز موثر است. عموما باکتری های گرم منفی در مقایسه با باکتری های گرم مثبت نسبت به ازن حساست بیشتری نشان می دهند. از بین بردن تخم باکتری ها از خود باکتری هامشکل تر است. تخم باکتری ها حتی در شرایط بسیار نامناسب محیطی نیز قادر به ادامه حیات هستند.مزایای استفاده از گاز ازن برای تصفیه:

1-حذف تركيبات شيميايي پايدار مانند شوينده ها ، فنلها ، رنگها و ...​

-2كاهش تشكيل مواد سرطانزا مانند تري هالومتانها و پيشسازهاي آنها​

-3 بهبود فريند منعقد سازي- معلق سازي- زلال سازي و فیلتراسيون​

-4 ضد عفوني و از بين بردن کليه ويروسها،باكتريها ،انگلها، قارچها​

-5 زدودن آهن، منگنز و سير فلزات سنگين​

-6 تبديل COD به BOD و حذف BOD​

-7 افزايش راندمان و طول عمر فیلترهاي كربن اكتيو​

-8 كنترل رشد جلبكهاازن به دو روش تولید می شود، یکی تابش نور فرابنفش به گاز اکسیژن در طول موج 185nm و دیگری تخلیه الکتریکی هاله ای با ولتاژ بالا در محفظه ای از گاز اکسیژن که روش دوم به صرفه تر می باشد و در ژنراتور های ازن از این روش استفاده می شود.​

مقدمه :


گندزداييزماني كه مولكولهاي اكسيژن بوسيله يك منبع انرژي به اتم هاي اكسيژن تجزيه مي شوند و متعاقب آن اين اتم هاي اكسيژن با مولكول اكسيژن برخورد مي كنند گاز ناپايدارازن (O3 (توليد ميشود كه براي گندزدايي فاضلاب بكار ميرود ، در بيشتر تصفيه خانه هاي فاضلاب ازن از طريق عبور گاز حاوي اكسيژن از ميان جريان متناوب با ولتاژ بالا ( 6 تا 20 كيلوولت ) بين دو الكترود كه توسط دي الكتريك و فاصله تخليه از هم جدا ميشوند توليد مي شود . ازن در محل تهيه مي شود زيرا بسيار ناپايدار است و در چند لحظه پس از توليد به عنصر اكسيژن تجزيه مي شود .ازن ويروس كش و اكسيد كننده قوي است . مكانيسمي كه ازن براي گندزدايي بكار مي برد شامل موارد زيراست :

- اكسيداسيون يا انهدام مستقيم ديواره سلولي بطوريكه اجزائ سازنده سلول به بيرون تراوش مي کند.
- واكنش سلول با راديكالهاي آزاد شده از تجزيه ازن .
- آسيب رساندن به هسته يا اسيد نوكلوئيك سلول .
- شكستن پيوند هاي كربن
- نيتروژن (انجام واكنش Depolymerization )​

زمانيكه ازن در آب تجزيه مي شود راديكالهاي آزاد هيدروژن پر اكسي (HO°2) و هيدروكسيل (OH°) تشكيل ميشود كه خاصيت اكسيد كنندگي بسيار بالايي داشته و نقش مهمي در فرآيند گندزدايي ايفا مي كنند . عموما چنين تصور مي شود كه باكتريها بعلت اكسيداسيون پروتوپلاسم و در نتيجه تجزيه ديواره سلولي منهدم مي شوند ( زوال و فساد سلول ) .ميزان گندزدايي به نوع ميكروارگانيسم ، زمان تماس و غلظت ازن بستگي دارد .


يك سيستم گندزداي ازن شامل اجزاء زير است :
آماده سازي گاز ورودي سيستم (گاز تغذيه)
-ژنراتور ازن
- تماس دهنده ازن
- سيستم از بين برنده ازن اضافي هوا يا اكسيژن خالص بعنوان منبع گاز تغذيه ( گاز ورودي ) استفاده مي شود و اين گاز در شدت جريان معيني از ژنراتور ازن عبور ميكند ، انرژي مورد نياز براي توليد ازن بوسيله تخليه الكتريكي در يك گاز( اكسيژن )توليد مي شود .

ژنراتور هاي ازن بر اساس موارد زير رده بندي مي شود:
- مكانيسم كنترل ( كنترل ولتاژ يا فركانس)
- مكانيسم خنك سازي ( با آب ‌، هوا يا آب و روغن )
- نحوه قرارگيري صفحات دي الكتريك ( افقي يا عمودي )
- كارخانه سازنده اگر چه ژنراتورهاي ساخته شده توسط كارخانه هاي مختلف خصوصيات منحصر به فرد خود را دارند اما همگي آنها داراي برخي ساختارهاي مشترك هستند .

روش تخليه الكتريكي متداول ترين منبع انرژي مورد استفاده در توليد ازن است . هواي كا ملا خشك يا اكسيژن خالص به يك سيستم كنترل شده با ولتاژ بسيار بالا در يك فركانس بالا يا پايين نفوذ مي كند . نقطه شبنم گاز ورودي بايد C ُ60- يا پايين تر باشد .بخار گاز توليد شده از هوا شامل 5/0 تا 3 درصد وزنی, ازن خواهند بود در حاليكه اكسيژن خالص حدود دو تا چهار برابر آن را ايجاد مي كند .ازن پس از توليد ، به واحد تماس دهنده ، محلي كه فاضلاب براي ضد عفوني شدن قرار دارد وارد مي شود هدف اصلي از واحد تماس دهنده اين است كه ازن را از ميان حبابهاي گاز به درون توده مايع در حاليكه زمان كافي براي گندزدايي ايجاد شده عبور دهد ،

انواع رايج تماس دهنده هاي ازن مورد استفاده عبارتند از : پمپ فشار مثبت ، پمپ فشار منفي ( ونتوري)و آبياري مكانيكي و برج فشرده . چون ازن سريعا تحليل مي رود( ازبين مي رود ) لذا بايد بطور يكنواخت در نزديكي دهانه محفظه تماس( در نزديكترين محل جريان) با فاضلاب تماس پيدا كند . گازهاي خروجي از محفظه تماس جهت جلوگيري از رها شدن ازن باقي مانده در اتمسفر بايستي تصفيه شود بنابراين ضروريست براي بالا بردن بازده تصفيه, مطلوب ترين دوز مورد نياز ازن تعيين و بكار گرفته شود. وقتي اكسيژن خالص به عنوان گاز تغذيه استفاده ميشود گازهاي خروجي از محفظه تماس دوباره مي تواند به چرخه ازن وارد شده يا براي استفاده مجدد در تانك هوادهي وارد شود باقيمانده ازن كه مورد استفاده قرار نمي گيرد به واحد انهدام ازن فرستاده مي شود .پارامترهاي کليدي , كنترل ، فرآيند، دوز تركيب و زمان تماس ميباشد. هدف نهايي يك سيستم گند زداي ازن حل شدن حداكثر ميزان ازن در فاضلاب است ‏چرا كه ميزان گندزدايي به مقدار ازن تماس يافته با فاضلاب بستگي دارد . مقدار ازن حل شده در فاضلاب در زمان ثابت به فشار گاز ازن و شدت جريان گاز تغذيه بستگي دارد . ضروري است كه كليه سيستم هاي گند زدائي ازن براي اطمينان از شرايط مجاز مربوط به سايت مورد نظر ابتدا بصورت پايلوت بررسي شده و قبل از نصب كاليبره گردند .


كاربرد :
گند زدائي با ازن معمولاً در تصفيه خانه هاي متوسط تا بزرگ حداقلبعد از تصفيه ثانويه مورد استفاده قرار ميگيرد . علاوه بر گند زدائي ، استفاده معمول ديگر از ازن در تصفيه فاضلاب براي كنترل بو ميباشد . با وجود اينكه گند زدائي با ازن در اروپا بطور گسترده مورد استفاده قرار گرفته اما در ايالات متحده بصورت محدود مورد استفاده قرار گرفته است .ازن در مقايسه با كلر يا اشعه uv توانايي انجام حد بالايي از گندزدايي را دارد اگر چه هزينه هاي سرمايه اي مانند تعمير و نگهداري در مقايسه با ساير گزينه ها قابل قياس نيست ، بنابراين ازن بطور محدود و در موارد خاص ، جايي كه ساير گزينه ها مؤثر نيستند مورد استفاده قرار ميگيرد .

محاسن و معايب :
محاسن
- ازن براي انهدام ويروسها و باكتريها بسيار موثر تر از كلر است.
- زمان تماس مورد نياز براي فرايند ازوناسيون كوتاه است ( تقريبا 10 تا 30 دقيقه )
- هیچ ماده باقيمانده خطرناكي كه نياز به حذف شدن آنها باشد وجود ندارد چرا كه ازن بعد از ازوناسيون سريعا تجزيه مي گردد.
- بعد از ازوناسيون رشد مجددي از ميكروارگانيسمها وجود ندارد بجز آنهايي كه توسط ذرات در جريان فاضلاب محافظت مي شوند .
- ازن در محل توليد شده و بنابراين مشكلات ايمني كمتري در ارتباط با بارگيري و تخليه آن وجود دارد.
- ازوناسيون غلظت اكسيژن حل شده (DO) در فاضلاب را بطور موثر بالا مي برد .و اين امر سبب حذف نياز به هوادهي مجدد و نيز بالا رفتن سطح DO در جريان ورودي مي شود .

معايب:
- مصرف ازن با دوز كمتر ممكن است بطور موثر قادر به غير فعال سازي بعضي از ويروسها؛ هاگها و كيستها نباشد .
-تكنولوژي استفاده از ازوناسيون نسبت به كلر يا گند زدايي با UV بسيار پيچيده است و نيازمند تجهيزات و سيستمهاي تماس موثر مي باشد .
- ازن بسيار واكنش پذير و خورنده بوده بنابراين سيستم ازوناسيون نيازمند موادي مانند فولاد زنگ نزن مي باشد كه در برابر خورندگي مقاوم هستند .
- ازوناسیون فاضلابهايي كه داراي مقادير بالايي از جامدات معلق(SS) ،BOD و COD هستند مقرون به صرفه نمي باشد .
- ازن بسيار تحريك كننده و احتمالا سمي بوده بنابراين گازهاي خروجي از كنتاكتور بايستي براي حفظ سلامت اپراتور نابود شود.
- هزينه تصفيه از نظر سرمايه و انرژي مورد نيازنسبتا بالا ميباشد

قابليت اجرا :تصفيه خانه هاي فاضلاب بلمونت(Belmont) و ساوس پورت (Douthport) در شهر ايندياناپوليس(Indianapolis) ايالت انديانا

بهره برداري و تعمير و نگهداري : ژنراتور ازن مقدار قابل توجي انرژي الكتريكي مصرف مي كند ، بنابراين بايستي نسبت به اين سيستم توجه دائمي معطوف شود تا اطمينان حاصل گردد كه انرژي بصورت بهينه براي اجراي فعاليت كنترل شده گند زدائي فراهم شده است .در اتصالات داخلي يا خارجي ژنراتور ازن نبايد هيچ نوع نشتي وجود داشته باشد . اپراتور بايد بر اساس برنامه منظم تعمير و نگهداري واحد هاي فرعي خاص را جهت اطمينان از اينكه آن قسمتها بيش از حد گرم نشده باشند كنترل نمايد . بنابر اين اپراتور بايستي بطــــور روتين قطعات را از لحاظ نشتي بازرسي نمايد . چرا كه نشتي هاي كوچك سبب ايجاد غلظت هاي ازن غير قابل قبول ميشود. تجهيزات كنترل ازن بايستي تست گرديده و طبق نظر سازنده آن كاليبره شود .


ازن مانند اكسيژن قابليت حل شدن محدودي داشته و در آب بسيار سريعتر از هوا تجزيه ميشود . با توجه به اين خاصيت و همچنين خاصيت واكنش پذيري ازن ضروريست تا كنتاكتور ازن به نحوي پوشانيده شود كه تا حد ممكن در فاضلاب پخش گردد . ازن به شكل گاز وقتي كه به علظتي معادل240 گرم در متر مكعب ميرسد قابليت انفجار پيدا ميكند از آنجائيكه در بيشتر سيستم هاي ازن زني غلظت گازي ازن از 50 تا 200 گرم در ميلي متر مكعب هرگز فراتر نمي رود بنابراين اين خاصيت در كل مشكل ايجاد نميكند .با اين وجود باقيماندن ازن به شكل گازي براي زمان مشخص خطر ناك مي باشد بنابر اين بايستي توجهات بسيار جدي در طول فعاليت سيستم هاي گازي ازن به آن معطوف نمود . بازرسي سيستم هاي مختلف و سيستم هاي فرعي نظير ژنراتور ازن زني، توزيع ، گازهاي خروجي و خرابي لوله هاي ورودي مهم و حياتي مي باشد . وقتي كه ازن به كنتاكتور وارد ميشود اپراتور بايستي كمبود اكسيژن يا گاز ازن باقي مانده را تشخيص دهد كه اين عمل بايستي همراه با تلاشهاي موثر براي پاك كردن سيستم باشد . اگر مشكلي پيش آيد اپراتور بايستي از فرايند اجرائي ضروري و مورد نياز سيستم آگاه باشد . تمام تجهيزات ايمني بايستي در دسترسي اپراتور بوده تا در حالت اورژانسي از آنها استفاده نمايد .

هزینه راه اندازی:
​

​

هزینه​	عنوان​
	هزینه های سرمایه ای گاز تغذیه (اکسیژن ) و کمپرسور محفظه تماس (500 گالن در دقیقه)​
	واحد انهدام ازن کوچک(حدود 30 cfm) هزینه های کلی مهندسی هزینه های احتمالی​
	هزینه های تعمیرات و نگهداری سالانه کارگر انرژی سایر(جایگزینی فیلتر: روغن کمپرسور:صفحات دی الکتریک یدکی و ...)​

کاربرد ازن در پیش تصفیهازن در مراحل اولیه برای منظورهای مختلف بکار برده شده است(ضدعفونی حذف طعم و بو کاهش رنگ حذف اهن و منگنز جلوگیری از رشد گیاهانکاهش میزان پیش سازهای و شناورسازها به منظور حذف جابک) اگرچه میزان مورد نیاز در مرحله پیش تصفیه بالا باشد اما در برخی موارد مانند صاف سازی مستقیم و یا در محلهای که ازن کم باشد,گندزدایی اولیه ,مناسب و مفید است [3]
میزان ازن مصرفی بستگی به کارکرد ازن و اواویت های تصویه است در اینجا که ما پسابانسانی داریم اولویت حذف بو و مواد معلق کاوئیدی و...برای مشخص کردن ازن مناسب و بهینه توصیه می شود از اب خروجی نمونه گرفته و ازمایش ازن زنی را روی ان اعمال کرد.از طرفی یکی از پیامدهای احتمالی استفاده از ازن بوجود امدن مواد جهش زا است در حالی که نسبت ازن به مواد الی پایین است باید از تجمع مواد در پایین دست جریان جلوگیری کرد. [3,4]
کاربرد ازن قبل از صاف سازیاگر ازن قبل از صافی زده شود باعث کاهش ازن مصرفی می شود چون مقداری از مواد ازن خواه قبل از صاف شدن در مراحل قبلی تصفیه جداسازی شده اند.این در موارد متداول تصفیهمانند ته نشینی و انعقاد واقعیت دارد[4]
البته این در حالت های تصویه اب کاربرد دارد که در نیروگاه به دلیل وجود مخازن ذخیره و کلر زنی ابتدای کاربرد ندارد البته برای افزایش کیفیت اب شرب مصرفی و اسان شدن انعقاد و فراین صافی سازی می توان ار ازن بهره گرفت.کاربرد ازن بعد از صافی سازیدر این حالت نیز بدلیل حذف بیشتر مواد ازن خواه در فراینهای قبلی تصفیه , میززان ازن مورد نیاز تا حد زیادی کاهش می یابد.بعلاوه در این مرحله عمل گند زدای بهتر صورت می گیرد زیرا مواد معلق موجود که به گونه ای ان خواه هستن از سیستم حذف می شوند.البته بعد از ازن زنی مواد جانبی بوجود می اید که باعث بوجود امدن محیطی مناسب برای رشد میکروارگانیسم ها را فراهم می کند به ای منظور نیاز به یک مرحله برای حذف این مواد است.برای تصفیه فاضلاب بهترین مکان برای عمل ازن زنی بع از ته نشینی ثانویه می باشد. در این مرحله نیز باید توجه کافی به حوضچه های ثانویه باشد تا میزان مواد معلق و محلول به کمترین مکیزان برسد.[5,4]
ازمایش هابررسی نقش ازن در حذف رنگ بو مزه یونهای اهن ترکیات الی و کلیفرم فاضلاب شری و نمونه های مختلی مورد ازمایش قرار گرفته است[1].
بعد از فیلتراسیون اولیه با استفاده از یک سیستم برداری 1 نمونه در معرض گاز ازن قرار گرفته است و محلول مورد انالیز قرار گرفته است[1]

مشخصه	نمونه خام(gr/lit)	پس از تصویه و ازن زنی(gr/lit)
کلسیمکلر ازاداهن Feمنیزیمالمونیومنیتروزن+مواد الیفسفات برحسب فسفراکسیزن محلولDOPh کدریترنگکلنیوم گوارشی(تعداد در 100 میلی گرم)	1762.514230 9.5 60 15 1 9.5 204 130 1800	63-1.7821.51452.56.72054-

نتیجه گیری:با توجه به دادهای ازمایش انجام شده و میزان حذف الاینده های موجود قبل و بعد از عملیات تصفیه با ازن می توان گفت که این گاز در حذف الاینده ها و کدورت و مواد معلق و کلوئیدی بسیار توانمن از اما نکته قابل تامل هزینه ای بالای این واحد در مقابل راهکار حذف بیولوزیکی است البته ی توان از ازن به عنوان مرحله ای مکمل استفاده کرد در اینصورت می توان هزینه ها را به شدت کاهش داد و دیگر از کلر استفاده نکرد.

منابع

1.کاربرد ازن در تصفیه فاضلاب ,مرکز تحقیقات مهندسی اذربایجان شرقی:یونس حق روان,رامین زاد غفاری,1383
[LEFT]2.Storm Water Technology Fact Sheet Porous Pavement, EPA 832-F-99-023September 1999
3. Maschelein, W. J., Ozonization Manual for Water and Wastewater treatment, New York:John Wiley & Sons, 1982.
4. Langlais S. B., & Reckhow, D. A. & Brink, D. R., Ozone in Water Treatment, applicationand engineering, Michigan: Lewis Publishers, 1991.
5. C. Gottschalk, J.A. Libra, A.Saupe “Ozonation of water and waste water”, WILEY-VCH,2000[/LEFT]