سایت بهداشت محیط ایران

سایت بهداشت محیط ایران

بهداشت محیط،آب وفاضلاب، مواد زائد ، بهداشت مواد غذایی،استخدامی بهداشت محیط
سایت بهداشت محیط ایران

سایت بهداشت محیط ایران

بهداشت محیط،آب وفاضلاب، مواد زائد ، بهداشت مواد غذایی،استخدامی بهداشت محیط

استفاده از ازن برای تصفیه فاضلاب


استفاده از ازن برای تصفیه فاضلاب نیروگاه

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 باشد پساب 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 ترکیبات شیمیایی پایدار مانند  شوینده ها ، فنلها ، رنگها و ...
-2کاهش تشکیل مواد سرطانزا مانند تری هالومتانها و پیشسازهای آنها
-3 بهبود فریند منعقد سازی- معلق سازی- زلال سازی و فیلتراسیون
-4 ضد عفونی و از بین بردن کلیه ویروسها،باکتریها ،انگلها، قارچها
-5 زدودن آهن، منگنز و سیر فلزات سنگین
-6 تبدیل COD به BOD و حذف BOD
-7 افزایش راندمان و طول عمر فیلترهای کربن اکتیو
-8 کنترل رشد جلبکها

ازن 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 :

 

 

گندزدایی

زمانی که مولکولهای اکسیژن بوسیله یک منبع انرژی به اتم های اکسیژن تجزیه می شوند و متعاقب آن این اتم های  اکسیژن  با مولکول اکسیژن برخورد می کنند گاز ناپایدارازن (O3  (تولید میشود که برای گندزدایی فاضلاب بکار میرود ، در بیشتر تصفیه خانه های فاضلاب  ازن از طریق عبور گاز حاوی اکسیژن از میان جریان متناوب با ولتاژ بالا ( 6 تا 20 کیلوولت ) بین دو الکترود که توسط دی الکتریک  و فاصله تخلیه از هم جدا میشوند تولید می شود . ازن در محل تهیه می شود زیرا بسیار ناپایدار است و در چند لحظه پس از تولید به عنصر اکسیژن تجزیه می شود .

ازن ویروس کش و  اکسید کننده قوی است . مکانیسمی که ازن برای گندزدایی بکار می برد شامل موارد زیراست :

-          اکسیداسیون یا انهدام  مستقیم دیواره سلولی بطوریکه اجزائ سازنده سلول به بیرون تراوش می کند.

-          واکنش سلول با رادیکالهای آزاد شده از تجزیه ازن .

-          آسیب رساندن به هسته یا اسید نوکلوئیک سلول .

-          شکستن پیوند های کربن- نیتروژن (انجام واکنش  Depolymerization )

 

            

زمانیکه ازن در آب تجزیه می شود رادیکالهای آزاد هیدروژن پر اکسی (HO°2) و هیدروکسیل (OH°) تشکیل میشود که خاصیت اکسید کنندگی بسیار بالایی داشته  و نقش مهمی در فرآیند گندزدایی ایفا می کنند . عموما چنین تصور می شود که باکتریها بعلت اکسیداسیون پروتوپلاسم و در نتیجه تجزیه دیواره سلولی منهدم می شوند ( زوال و فساد سلول ) .

میزان گندزدایی  به نوع میکروارگانیسم ، زمان تماس و غلظت ازن بستگی دارد . در شکل شماره یک نمودار فرآیند ازن زنی را نشان داده شده است .

 

آماده سازی گاز تغذیه

-تولیداکسیژن

-ذخیره اکسیژن

- تصفیه اکسیژن/هوا

ژنراتور ازن

 

تماس ازن

انهدام ازن

انهدام ازن

 

 

گاز خروجی

ورود فاضلاب

 

 

 

 

تخلیه

منبع: U.S EPA,1986.

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

طرح کلی فرایند ازن رنی : شکل شماره 1
 

یک سیستم گندزدای ازن شامل اجزاء زیر است :

-          آماده سازی گاز ورودی سیستم (گاز تغذیه)

-          ژنراتور ازن

-          تماس دهنده ازن

-          سیستم از بین برنده ازن اضافی

هوا یا اکسیژن خالص بعنوان منبع گاز تغذیه ( گاز ورودی ) استفاده می شود و این گاز در شدت جریان معینی از ژنراتور ازن عبور میکند ، انرژی مورد نیاز برای تولید ازن بوسیله تخلیه الکتریکی در یک گاز( اکسیژن )تولید می شود  .

 

ژنراتور های ازن بر اساس موارد زیر رده بندی می شود:

-          مکانیسم کنترل ( کنترل ولتاژ یا فرکانس)

-          مکانیسم خنک سازی ( با آب ‌، هوا یا آب و روغن )

-          نحوه قرارگیری صفحات دی الکتریک ( افقی یا عمودی )

-          کارخانه سازنده

 

اگر چه ژنراتورهای ساخته شده توسط کارخانه های مختلف خصوصیات منحصر به فرد خود را دارند اما همگی آنها دارای برخی ساختارهای مشترک هستند .

روش تخلیه الکتریکی متداول ترین  منبع انرژی  مورد استفاده در تولید ازن است . هوای کا ملا خشک یا اکسیژن خالص به یک سیستم کنترل شده با ولتاژ بسیار بالا در یک فرکانس بالا یا پایین نفوذ می کند . نقطه شبنم گاز ورودی باید  C ُ60 -  یا پایین تر  باشد .بخار گاز تولید شده از هوا شامل 5/0 تا 3 درصد وزنی, ازن خواهند بود  در حالیکه اکسیژن خالص حدود دو تا چهار برابر آن را ایجاد می کند .

ازن پس از تولید ، به واحد تماس دهنده ، محلی که  فاضلاب برای ضد عفونی شدن قرار دارد وارد می شود هدف اصلی از واحد تماس دهنده این است که ازن را از میان حبابهای گاز  به درون توده مایع در حالیکه زمان کافی برای گندزدایی ایجاد شده عبور دهد ، انواع رایج  تماس دهنده های ازن مورد استفاده عبارتند از : پمپ فشار مثبت ، پمپ فشار منفی ( ونتوری)و آبیاری مکانیکی و برج فشرده .

  چون  ازن سریعا تحلیل می رود( ازبین می رود )  لذا باید بطور یکنواخت در نزدیکی دهانه محفظه تماس( در نزدیکترین محل جریان) با فاضلاب تماس پیدا کند .      

گازهای خروجی از  محفظه تماس جهت جلوگیری از رها شدن ازن باقی مانده در اتمسفر بایستی تصفیه شود بنابراین ضروریست برای بالا بردن بازده تصفیه, مطلوب ترین دوز مورد نیاز ازن تعیین و بکار گرفته شود. وقتی اکسیژن خالص به عنوان گاز تغذیه استفاده  میشود گازهای خروجی از محفظه  تماس دوباره می تواند  به چرخه ازن  وارد شده یا برای استفاده مجدد در تانک هوادهی وارد شود باقیمانده ازن که مورد استفاده قرار نمی گیرد به واحد انهدام ازن فرستاده می شود .

 پارامترهای کلیدی , کنترل ، فرآیند، دوز ترکیب و زمان تماس میباشد. هدف نهایی یک سیستم گند زدای ازن حل شدن حداکثر میزان ازن در فاضلاب است ‏چرا که میزان گندزدایی به مقدار ازن تماس یافته با فاضلاب بستگی دارد . مقدار ازن حل شده در فاضلاب در زمان ثابت به فشار گاز ازن و شدت جریان گاز تغذیه بستگی دارد .

 ضروری است که کلیه  سیستم های گند زدائی ازن برای اطمینان از شرایط مجاز مربوط به سایت مورد نظر ابتدا بصورت پایلوت بررسی شده و قبل از نصب کالیبره گردند .

 

کاربرد :

گند زدائی با ازن معمولاً در تصفیه خانه های متوسط تا بزرگ حداقل بعد از تصفیه ثانویه مورد استفاده قرار میگیرد . علاوه بر گند زدائی ، استفاده معمول دیگر از ازن در تصفیه فاضلاب برای  کنترل بو میباشد . با وجود اینکه گند زدائی با ازن در اروپا بطور گسترده مورد استفاده قرار گرفته اما در ایالات متحده بصورت محدود مورد استفاده قرار گرفته است . ازن در مقایسه با کلر یا اشعه uv  توانایی انجام حد بالایی از  گندزدایی  را دارد اگر چه هزینه های سرمایه ای مانند تعمیر و نگهداری در مقایسه با سایر گزینه ها قابل قیاس نیست ، بنابراین ازن  بطور محدود و در موارد خاص ، جایی که سایر گزینه ها مؤثر نیستند مورد استفاده قرار میگیرد .

 

محاسن و معایب :

محاسن :

-         ازن برای انهدام ویروسها و باکتریها بسیار موثر تر از کلر است.

-         زمان تماس مورد نیاز برای  فرایند ازوناسیون کوتاه است ( تقریبا 10 تا 30 دقیقه )

-         هیچ ماده باقیمانده خطرناکی که نیاز به حذف شدن آنها باشد وجود ندارد چرا که ازن بعد از ازوناسیون سریعا  تجزیه می گردد.

-         بعد از ازوناسیون رشد مجددی از میکروارگانیسمها وجود ندارد بجز آنهایی که توسط ذرات در جریان فاضلاب محافظت می شوند .

-         ازن در محل  تولید شده  و  بنابراین مشکلات ایمنی کمتری در ارتباط با بارگیری و تخلیه آن وجود دارد.

-         ازوناسیون غلظت اکسیژن حل شده (DO) در فاضلاب را بطور موثر بالا می برد .و این امر سبب حذف نیاز به هوادهی مجدد و نیز بالا رفتن سطح DO در جریان ورودی می شود .

معایب:

-         مصرف ازن با دوز کمتر ممکن است بطور موثر قادر به غیر فعال سازی بعضی از ویروسها؛  هاگها و کیستها نباشد .

-         تکنولوژی استفاده از ازوناسیون نسبت به کلر یا گند زدایی با UV بسیار پیچیده است و نیازمند تجهیزات و سیستمهای تماس موثر می باشد .

-         ازن بسیار واکنش پذیر و خورنده بوده بنابراین سیستم ازوناسیون  نیازمند موادی مانند فولاد زنگ نزن می باشد که در برابر خورندگی مقاوم هستند .

-         ازوناسیون فاضلابهایی که دارای مقادیر بالایی از جامدات معلق (SS) ،BOD و COD هستند مقرون به صرفه نمی باشد .

-         ازن بسیار تحریک کننده و احتمالا سمی بوده بنابراین گازهای خروجی از کنتاکتور بایستی برای حفظ سلامت اپراتور نابود شود.

-         هزینه تصفیه از نظر سرمایه و انرژی مورد نیازنسبتا بالا میباشد

 

قابلیت اجرا :

تصفیه خانه های فاضلاب  بلمونت(Belmont)  و ساوس پورت (Douthport)  در شهر ایندیاناپولیس(Indianapolis ( ایالت اندیانا

 

 

بهره برداری و  تعمیر و نگهداری :

ژنراتور ازن مقدار قابل توجی انرژی الکتریکی  مصرف می کند ، بنابراین بایستی  نسبت به این سیستم توجه دائمی معطوف شود تا اطمینان حاصل گردد که انرژی بصورت بهینه برای اجرای فعالیت کنترل شده گند زدائی  فراهم شده است .

در اتصالات داخلی یا خارجی ژنراتور ازن نباید هیچ نوع  نشتی  وجود داشته  باشد . اپراتور باید بر اساس برنامه منظم تعمیر و نگهداری واحد های فرعی خاص را جهت اطمینان از اینکه آن قسمتها بیش از حد گرم نشده باشند کنترل نماید . بنابر این اپراتور بایستی  بطــــور روتین قطعات را از لحاظ نشتی بازرسی نماید . چرا که  نشتی  های کوچک سبب ایجاد  غلظت های ازن غیر قابل قبول میشود. تجهیزات کنترل ازن  بایستی  تست گردیده و طبق نظر سازنده آن  کالیبره شود .

ازن مانند اکسیژن قابلیت حل شدن محدودی داشته  و در آب بسیار  سریعتر از هوا تجزیه میشود . با توجه به این خاصیت و همچنین خاصیت واکنش پذیری ازن ضروریست تا کنتاکتور ازن  به نحوی پوشانیده  شود که تا حد ممکن در فاضلاب پخش گردد .

ازن به شکل گاز  وقتی که به علظتی معادل240 گرم در متر مکعب میرسد قابلیت انفجار پیدا میکند از آنجائیکه در بیشتر سیستم های ازن زنی غلظت گازی ازن از 50 تا 200 گرم در میلی متر مکعب هرگز فراتر نمی رود بنابراین این خاصیت در کل مشکل ایجاد نمیکند .با این وجود  باقیماندن ازن به شکل گازی برای زمان مشخص خطر ناک می باشد  بنابر این  بایستی توجهات بسیار  جدی در طول فعالیت سیستم های گازی ازن به آن معطوف نمود .

بازرسی سیستم های مختلف و سیستم های فرعی نظیر ژنراتور ازن زنی، توزیع ، گازهای خروجی و خرابی  لوله های  ورودی مهم و حیاتی می باشد . وقتی که ازن به کنتاکتور وارد میشود اپراتور  بایستی کمبود اکسیژن یا گاز ازن باقی مانده را تشخیص دهد که این عمل بایستی همراه با تلاشهای موثر برای پاک کردن سیستم باشد . اگر مشکلی پیش آید اپراتور بایستی از  فرایند اجرائی ضروری و مورد نیاز سیستم آگاه باشد . تمام تجهیزات ایمنی بایستی در  دسترسی اپراتور بوده تا در حالت اورژانسی  از آنها استفاده نماید .

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 تصفیه

ازن 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 سازی

اگر 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 سازی

در 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 ها

بررسی 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)

کلسیم

کلر ازاد

اهن Fe

منیزیم

المونیومنیتروزن+مواد الی

فسفات برحسب فسفر

اکسیزن محلولDO

Ph

 کدریت

رنگ

کلنیوم گوارشی

(تعداد در 100 میلی گرم)

176

2.5

14

230

9.5

60

15

1

9.5

204

130

1800

63

-

1.7

82

1.5

14

5

2.5

6.7

20

54

-

 

 

 

 

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

2.Storm Water Technology Fact Sheet Porous Pavement, EPA 832-F-99-023

September 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, application

and engineering, Michigan: Lewis Publishers, 1991.

5. C. Gottschalk, J.A. Libra, A.Saupe “Ozonation of water and waste water”, WILEY-VCH,

2000





جهت دانلود تولبار سایت بهداشت محیط ایران روی تصویر زیر کلیک کنید





(جهت دسترسی به مطالب به روز به سمت چپ سایت بخش آخرین مطالب مراجعه کنید)