اوزون

ازن یک فرم بسیار فعال از اکسیژن است. ازن (O3) زمانی بوجود می آید که مولکول اکسیژن (O2) در معرض یک میدان انرژی (مغناطیسی) بالا قرار می گیرد، و برخی از مولکول های اکسیژن به اتم اکسیژن (O) شکسته می شوند. سپس اتم های اکسیژن با مولکول های اکسیژن واکنش میدند و تبدیل به ازن می شوند. این فرایند برگشت پذیر است، به این معنی که ازن می تواند مجددا به فرم مولکول اکسیژن تبدیل شود.

آشنایی با ازن و کاربرد آن در تصفیه آب

بله، در طبیعت زمانی که اکسیژن در معرض صاعقه قرار می گیرد، ازن تشکیل می شود. تشکیل ازن منجر به احساس بوی تازگی پس از طوفان رعد و برق می شود. یکی از انواع ژنراتورهای مولد ازن که با نام تخلیه کرونا شناخته می شود، مطابق با این روش عمل می کند و در سلول های مولد ازن در این دستگاه ها، مشابه این پدیده طبیعی رخ میدهد.

و همچنین لایه ای از ازن در لایه استراتوسفر(از لایه های بالای جو زمین) وجود دارد و از سطح زمین در برابر اشعه مضر UV خورشید محافظت میکند. اشعه UVباعث میشود مولکول های اکسیژن به ۲ اتم اکسیژن شکافته شوند و این اتم ها با مولکول های اکسیژن واکنش داده و تشکیل ازن میدهند. اشعه UV، همچنین باعث برانگیخته شدن مولکول های ازن می شود، و باعث می شود ازن به شکل اکسیژن معمولی تبدیل شود. و این یک چرخه است که تکرار می شود. به این طریق، انرژی اشعه UV بوسیله لایه ازن جذب می شود، و از سطح زمین در مقابل اشعه مضر UV محافظت می شود. ژنراتورهای ازن نوع UV، از این روش برای تولید ازن استفاده میکنند.

دستگاه تصفیه آب با ازن

طبیعت بالای واکنش گری و اکسیدکنندگی ازن، باعث می شود که ازن بعنوان یک اکسیدکننده قوی برای تصفیه آب و هوا بسیار مناسب و ایده آل باشد. ازن برای موارد زیر مورد استفاده است:

• از بین بردن باکتری ها و ویروس ها
• ترسیب(رسوب دادن) فلزات سنگین مانند آهن و منگنز که امکان فیلتر کردن آنها را فراهم می کند
• حذف رنگ از آب
• برطرف کردن بوی تخم مرغ گندیده(بوی سولفید هیدروژن) از آب
• اکسید کردن ترکیبات ارگانیک و تبدیل آنها به ترکیباتی که به آسانی لخته شده و قابل فیلترشدن میباشند و یا تبدیل آنها به آب و دی اکسید کربن
• حذف بو و میکروب های موجود در هوا

کاربردهای ازن شامل ضدعفونی کردن آب استخر و جگوزی، تصفیه و ضدعفونی آب شرب خانگی، تصفیه و ضدعفونی آب در صنایع نوشیدنی ها، تصفیه و ضدعفونی آب در صنایع داروسازی، تصفیه آب آبیاری، ضدعفونی آب استخرهای پرورش ماهی، حذف بوی سیگار از هوا، نگهداری غذا های دریایی و بسیاری دیگر از کاربردها می باشد.

در نهایت پس از حذف کامل تمامی آلودگی ها توسط ازن، ازن باقیمانده مجددا تبدیل به ازن می شود و هیچگونه پسماند مضری از خود بجا نمی گذارد.

خواص فيزيكي و شيميايي

ازن در دمای بالاتر از ۲۵ درجه سانتی گراد در آب به سختي حل مي‌شود و بسيار فرار است، ولی حلالیت آن در حلال هاي غير قطبي مثل تترا كلريد كربن يا فلوروكربن به نسبت بیشتر است و به صورت يك محلول آبي در مي آيد.

 

پارامتر	مقدار
فرمول مولكولي	O3
مشخصه كلي	گاز اكسيد كننده
رنگ	آبي كم رنگ، بي رنگ
وزن مولكولي	۴۸٫۰ g/mol
غلظت	تا ۱۸% وزني در اكسيژن
نقطه جوش	-۱۱۱٫۹°C (1 atm) ، مايع آبي تيره
نقطه ذوب	-۱۹۲٫۵°C (1 atm) ، جامد بنفش تيره
دماي بحراني	-۱۲,۱°C
فشار بحراني	۵۴,۶ atm
چگالي به شكل گاز	۲,۱۴ kg O3/m3 @ 0°C 1013mbar
چگالي به شكل مايع	۱۵۷۴ kg/m3 (NTP)
چگالي به شكل جامد	۱۷۲۸ kg/m3 (-183°C)
چگالي نسبي نسبت به هوا	۱,۷
حلاليت در آب	۳ ppm at 20 °C
گرماي تشكيل	۱۴۴٫۷ kJ/mole
زاويه پيوند	۱۱۶°
پتانسيل الكتروشيميايي	-۲,۰۷ V

بعضي از تركيباتي كه توسط ازن اكسيد مي‌شوند:

• آمونياك
• فنوليك
• مواد شوينده
• باكتري‌هاي موجود در غذا و روي سطح پوست
• اسيد فوليك
• تانيك اسيدها (نشات گرفته از اسيدهاي گياهي)
• سولفيدها
• سيانيدها
• اسپور قالب (بسيار موثر)
• Amoebae (بسيار موثر)
• آرسنيك
• ديوكسين
• دود سيگاركه حاوي ۴ بيليون ذره و بيش از ۱۵۰۰ تركيب است
• هالوفرم ها
• پركلرات بي فنيل ها (به طور همزمان با استفاده از اشعه ماوراء بنفش)
• فنل
• تري هالومتان (محصول سمي حاصل از واكنش كلر و جلبك)
• اكثر فلزات (به جز طلا، پلاتينيوم و ايريديوم)
• تركيبات نيتروژن و كربن

کاربرد های ازن

ازن به عنوان يک اکسنده بسيار قوی، قابليت های زيادی در مصارف صنعتی و خانگی دارد و اثرات زيست محيطی زيان بار ندارد. از جمله کاربردهای آن می توان به ‌موارد ‌زير اشاره کرد :

۱- تصفيه آب

۲- تصفيه هوا

۳- تصفيه فاضلاب

۴- از بين برنده انگل خاک

۵- استفاده در ضدعفونی سبزيجات و ميوه جات

۶- کاربرد در انبارهای مرکبات، ميوه جات، غلات و دانه های خوراکی

۷- استفاده به عنوان علف­کش در کشاورزی

۸- استفاده در آب استخر

۹- ضد عفونی وسايل بيمارستانی

۱۰ – بازيابی روغن های صنعتی

۱۱- کاربرد در دامداری­ها و کشتارگاه­ها

۱۲- استفاده در صنايع غذايی

۱۳- استفاده در صنايع نساجی

۱۴-استفاده در برج های خنک­کننده و چيلرها

۱۵-رنگ ­سازی

۱۶- تصفيه ­پساب کمپوست

ویژگی های کاربردی ازن

ازن را همه به عنوان ماده ای که در لایه بالایی جو زمين انباشته شده و لايه محافظی در مقابل اشعه زيان آور ماوراء بنفش خورشيد است، می شناسند. ازن (O₃)، آلوتروپ سه اتمی اکسيژن يا ‌« اکسيژن فعال»، يکی از اجزاء طبيعی هوايی است که ما هر روزه تنفس می­­کنيم. اين گاز زمانی تشکيل می­گردد که مولکول های O₂ توسط پرتوهای فرا بنفش خورشيد و يا قوس الکتريکی به دو اتم اکسيژن مجزا تفکيک می­ شود. اتم های آزاد اکسیژن در گروه های سه اتمی ترکيب شده و ازن را به وجود می­ آورند. ازن اکسيد کننده ای قوی و در عين حال ناپايدار به شمار می رود. گاز ازن به دليل کوتاهی نيمه عمر، ‌قابل ذخيره کردن در مخازن نمی ­باشد. از اين رو استفاده از ازن منوط به توليد آن در محل مصرف می­ باشد.

ازن سبب اکسيد شدن مواد ارگانيکی خاک و بقايای گياهی و در نتيجه سبب رها شدن و پخش مواد غذايي مورد نياز گياه می ­گردد. اکسيد شدن مواد ارگانيکی روی ذرات رس سبب تغييراتی در سطوح اين ذرات و جمع شدن آن ها شده، در نتيجه سبب افزايش نفوذ­پذيری خاک و مانع از پراکندگی ذرات مي گردد. همچنين ازن زنی به آب سبب تجمع اسيد نيتريک (HNO₃) که منبعی از نيتروژن است، برای گياهان می گردد.

نقش ازن در تصفيه آب و خاک و همچنين پساب به عنوان يک عامل اکسيد کننده و يک ترکيب ميکروب کش حائز اهميت بوده و دارای دو خاصيت بسيار مهم در ارتباط با محيط اطراف خود می باشد.

۱) قدرت گندزدايی بالا

تحقيقات نشان می دهد که گندزدايی توسط ازن حاصل اثر مستقيم آن بر باکتری ها و تجزيه ديواره سلولی باکتری ها می­باشد،‌که از اين نظر با مکانيسم عمل کلر در فرآيند گندزدايی متفاوت است. باتوجه به قدرت بالای گندزدايی ازن در مقايسه با ساير گندزداها زمان کمتری جهت تکميل فرآيند گندزدايی مورد نياز می­ باشد. بررسی ها همچنين بيانگر توانايی بيشتر ازن در از بين بردن ويروس ها در مقايسه با ساير گندزداها است.

۲) ازن به عنوان اکسيد کننده قوی

با توجه به خاصيت الکترون کشندگی اکسيژن، ‌ازن تمايل بسيار زيادی به کاهش عدد اکسايش يکی از اکسيژن های خود دارد. می توان گفت ازن اکسيد­کننده ای بسيار قوی است، به طوری که پتانسيل کاهش آن رقم بالای V 2.07 است. قدرت اين اکسيد­کننده در شفاف سازی محيطی با کيفيت بالا فوق العاده با اهميت و مهم است. ازن مواد معدنی را به طور کامل اکسيد نموده و موجب ته نشينی و حذف آن ها می ­گردد. ازن در بر طرف نمودن ترکيبات آلی و رنگی نقش بسزایی دارد، به طوري که به عنوان يک جلا دهنده مناسب برای سطوح مختلف و حذف کننده کدورت آب کاربردهای فراوانی دارد. ازن همچنين قادر است ترکيبات فنوليک و ديگر ترکيبات و ميکروارگانيسم های مولد بيماری را در خاک از بين ببرد و محيطی فرح بخش با قابليت بالا جهت تنفس به وجود آورد. ازن تمايل بسياری به واکنش با ترکيبات غير اشباع ‌يعنی ترکيباتی که دارای پيوندهای دوگانه و سه گانه هستند دارد. از جمله می توان به پيوندهایC=C، C=N و N=N اشاره کرد. با توجه به اين ويژگی، ازن توانايی فوق العاده ای در اکسيد کردن چربی ها دارد.

قابليت ازن در اکسيدکنندگی به همين جا ختم نمی شود،‌ بلکه ترکيبات ساده قابل اکسايش از قبيل  S^-2مانند ترکيب (H2S) را به گونه هايی با عدد اکسايش بالاتر تبديل می کند. اکسايش اين ترکيبات به حدی راحت است که به محض تماس ازن شروع به اکسيد شدن می کنند و واکنش آن ها از لحاظ سينتيکی با سرعت بالايی رخ می دهد.

• بالا بودن قدرت اكسيد كنندگي ( تا ۵۰ برابر قوي تر از كلر)
• تاثير گذاري بر طيف گسترده‌اي از ميكروارگانيزمها شامل ميكروب‌ها، باكتري‌ها (تا ۳۱۲۵ برابر سريعتر از كلر) و ويروس‌ها (۱۰۰۰-۶۰۰ برابر سريعتر از كلر)
• قدرت ضد عفوني بالا حتي در غلظت كم
• موثر بودن فرايند ازناسيون در زمان كم (۱۰ تا ۳۰ دقيقه)
• كسيداسيون مواد معدني نظير آهن، منگنز، سيانيدها، سولفيد‌ها و نيتريت‌ها و انعقاد جامدات محلول براي خالص نگهداشتن آب
• عدم توليد هرگونه محصول جانبي هنگام تبديل شدن به كسيژن
• باقي نماندن هيچ گونه ماده اضافي‌ بعد از فرآيند ازناسيون به دليل تجزيه شدن سريع ازن
• كاهش يا حذف تعميرات استخر، مانند زنگ زدن يا خورگي تجهيزات و ديواره هاي داخلي استخر ناشي از مواد شيميايي قوي مثل كلر يا جوش‌شيرين
• جلوگيري از انتقال بيماري‌ها مانند حصبه، وبا، هپاتيت، بيماري‌هاي قارچي و پوستي و …
• كاهش ۷۰ تا ۹۰ درصدي در استفاده از مواد شيميايي و در نتيجه عدم سوزش در بيني و چشم
• از بين بردن پاتوژن‌هاي مقاوم نسبت به كلر
• سازگار بودن با محيط زيست و عدم توليد پساب‌هاي زيان بار براي محيط زيست
• بي خطر بودن براي كاربر و اپراتور
• عدم تغيير pH آب
• افزايش اكسيژن در آب و محيط استخر و ايجاد شفافيت مضاعف در آب
• خنثي كردن بوي بد، مزه و رنگ
• مورد تائيد سازمان  FDA جهت مجاورت مستقيم با مواد غذايي(U S Food and Drug Administration)
• افزايش طول عمر بسياري از مواد غذايي در انبارها
• نداشتن مشكلات ايمني حمل و نقل و ذخيره سازي به دليل توليدشدن در محل
• حذف هزينه ماهانه مواد شيميايي و دفع مواد زائد و در نتيجه مقرون به صرفه و موثر بودن آن با توجه به توليد الكتريكي آن در محل
• كاهش هزينه انتقال و ذخيره مواد شيميايي خطرنك
• بهبود ظرفيت فيلتر و مواد منعقدكننده، كاهش استفاده از منعقدكننده‌ها و كاهش احياء فيلتر
• كاهش مصرف آب به علت افزايش كيفيت آن

مقايسه بين كلرزني و ازن‌زني در آب استخر

ازن	كلر	پارامتر
۳۱۲۵ بار سریعتر	۱	سرعت تاثیر گذاری نسبت به کلر
۵۰% قویتر	۱	قدرت تاثیرگذاری نسبت به کلر
دارد	ندارد	تاثير روي پروتوزوا به خصوص آميب
دارد (فضاي مفرح و نشاط‌آور)	ندارد (به علت تصاعد گاز كلر)	هواي مطبوع محوطه
ندارد	دارد	ناراحتی‌هاي تنفسي
ندارد	دارد	سوزش چشم
ندارد	دارد	خارش پوست
ندارد	دارد	ريزش مو
دارد	ندارد	يجاد شفافيت مضاعف
ندارد	دارد	ايجاد رسوبات روي كاشی‌هاي كف استخر و تجهيزات
ندارد	دارد	تغييرPH
ندارد	دارد	كاهش تاثير توسط آمونياك
بسيار كم	بسيار زياد	خورندگي تاسيسات
بسيار آسان	دشوار	بهره‌برداري و نگهداري
يك بار سرمايه‌گذاري	هزينه جاري مداوم بالا	هزينه‌ها
دارد (۱۰۰% رنگ‌بري در استفاده همزمان با فيلتر كربن)	ندارد	خاصيت رنگ‌بري
ندارد	دارد (كلروآمين)	توليد مواد خطرناك
اتوماتيك	دستي	نوع تزريق به آب

استفاده ازن در تصفیه فاضلاب

دردهه های اخیر با توجه به افزایش جمعیت و تقاضای بیشتر برای منابع آب و همچنین نیاز به تصفیه و بازیابی پساب ها، مسئله تصفیه فاضلاب از اهمیت خاصی برخوردار شده است .گندزدایی بعنوان یکی از مهمترین مراحل تصفیه فاضلاب، از مکانیسم غیر فعال سازی یا انهدام میکروب های بیماری زا ( پاتوژن ها ) محسوب می شود که به منظور جلوگیری از انتشار بیماری های ناشی از آلودگی آب ها در محیط زیست و ساکنین حریم رودخانه ها به کار می رود.ارن در تصفیه فاضلاب از روش های نوین گندزدایی می باشد که مزایای زیادی نسبت به روش های قدیمی کلرزنی فاضلاب دارد.

ویژگی های ماده گندزدا مناسب، عبارتند از:

–  توانایی نفوذ و نابودسازی عوامل عفونی تحت شرایط نرمال.

–  برای افراد و محیط زیست مضر نباشد.

–  سالم و ایمن باشد و نیز جا به جا کردن، حمل و نقل و انبار کردن آن راحت باشد.

–  ماده گندزدا بایستی پس از گند زدایی باقی مانده سمی – (مانند مواد سرطان زا ) – نداشته باشد.

–  از لحاظ هزینه های عملی و نگهداری مقرون به صرفه باشد.

مکانیسم عملیات گندزدایی با استفاده از ازن، شامل مراحل زیر می باشد:

۱) اکسیداسیون یا انهدام مستقیم دیواره سلولی به طوری که اجزای سازنده سلول به بیرون تراوش کند .

۲) واکنش سلول با رادیکال های آزاد شده از تجزیه ازن .

۳) آسیب رساندن به هسته یا اسید نوکلئوتیک (RNA , DNA )

۴) شکستن پیوند های کربن – نیتروژن (انجام واکنش Depolymerization)

مرایای استفاده از ازن در تصفیه فاضلاب عبارتند از:

ـ ازن یک ماده ضد عفونی کننده مؤثر، با قدرت اکسید کنندگی بالاتر از  کلر، دی اکسید کلر، کلروآمین ها و رادیکال های هیدروکسیل می ‌باشد.

-ازن در محل سایت تولید و مصرف میشود .بنابراین ازن زنی هزینه ای بابت انبار و نگهداری ندارد.

ـ تمامی فاضلاب ها حاوی ذرات معلق و کیست های انگلی هستند که سبب بیماری زایی می شوند. اندازه این ذرات معلق در حدود µm 12~ 3  است.ازن زنی باعث از بین رفتن کلیه کیست های انگلی می گردد.

–  مشاهده شده است که بعد از ازناسیون، میزان مصرف منعقد کننده ها کاهش یافته ،سرعت و کیفیت عمل فیلتراسیون بالا می رود.

ـ میکرو آلوده کننده‌های آلی در پساب در کنار مواد آلی طبیعی  یافت می شوند، اما غلظت آنها خیلی کمتر (در حدود µg/L 0.1 تا µg/L 100 ) می باشد، که توسط ازن و رادیکال های ْOH به طور نسبی از بین می روند.

ـ تقریباً انواع فاضلاب اعم از صنعتی و خانگی را می توان توسط ازناسیون تصفیه نمود. شرایط عملیاتی و دوزینگ مورد استفاده در ازناسیون، به نوع صنعت و نوع فاضلاب بستگی دارد.

ـ براساس این جمع بندی، پیدا شدن انواع جدید میکروارگانیسم در پساب مانند تخم و کیست های انگلی، آشکار شدن انواع بیشتری از مواد آلوده کننده در آن را به دنبال دارد. همچنین افزایش سطح کیفی مورد نیاز برای فاضلاب و پساب، طراحان را بر آن داشته است تا فرآیند ازناسیون را مورد توجه قرار دهند.