دستگاه ازن ساز یا دستگاه ازن ژنراتور یکی از سیستم های نوین در ضد عفونی ، گندزدایی و اکسیداسیون آب ، فاضلاب و هوا می باشد که استفاده از آن در صنعت تصفیه آب در حال گسترش است.
دستگاه ازن ساز هوا یا اکسیژن را به گاز ازن تبدیل می کند که این گاز به عنوان یک ضدعفونی کننده و اکسید کننده قوی عمل می نماید. دستگاه ازن ژنراتور توانایی بالاتری در ضدعفونی کردن نسبت به کلر و اشعه فرابنفش را فراهم می آورد اما هزینه سرمایه گذاری ، تعمیر و نگهداری آن بالاتر می باشد.
ازن چیست
یک ماده شیمیایی با نماد O3 است که از ۳ اتم اکسیژن تشکیل شده است. این ماده یا به صورت طبیعی وجود دارد و یا توسط دستگاه ازن ساز تولید می شود.
نحوه تولید ازن توسط دستگاه ازن ساز
روش های مختلف تولید این گاز در دستگاه ازن ژنراتور به شرح زیر می باشد :
تخلیه الکتریکی یا تخلیه کورونا Electrical Discharge : در بسیاری از ازن ژنراتورهای تجاری از سایز کوچک با ظرفیت ۰/۵ گرم در روز تا ۵۰ کیلوگرم در ساعت از این فرایند استفاده می شود.
فتوشیمیایی Photo chemically یا UV : در این روش از لامپ UV جهت تولید ازن استفاده می شود که البته روشی به صرفه و اقتصادی نمی باشد.
برق کافتی یا الکترولیز اسید Electrolytically : این متد روشی ساده برای تولید این گاز می باشد اما به ندرت برای تولید ازن در تصفیه آب استفاده می گردد.
میزان سمیت ازن
اوزن برای گیاهان و حیوانات با غلظت بالاتر از ۰.۱ ppm سمی است. ازون می تواند باعث تحریک بینی و گلو و حالت تهوع در انسان شود. حداکثر میزان مجاز ازن در اکثر کشورهای اروپایی ۰.۱۰۰ ppm در لحاظ می شود.
فرایند اکسیداسیون توسط دستگاه تولید ازن
ازن یک اکسید کننده بسیار قوی است. مکانیسم های ضد عفونی کننده دستگاه ازن ساز به شرح زیر است.
اکسیداسیون مستقیم یا تخریب دیواره سلولی به وسیله تراوش اجزای سلولی به خارج از آن
واکنش با رادیکال های حاصل از تجزیه ازن
آسیب به اجزای اسید نوکلوئیک ها
شکستن پیوندهای کربن-نیتروژن که منجر به دیپلیمریزاسیون می شود.
دستگاه ازن ژنراتور در تصفیه بو و کنترل بو
علاوه بر ضدعفونی کردن ، استفاده دیگر دستگاه ازن ژنراتور در تصفیه هوا و تصفیه و کنترل بو می باشد.
اجزا دستگاه ازن ساز
سیستم ازن زنی از چهار قسمت اصلی به شرح زیر تشکیل شده است :
دستگاه هواساز
ازن ژنراتور
تماس دهنده اوزن
از بین برنده ازون
دستگاه هواساز – کمپرسور هوا یا دستگاه اکسیژن ساز – سیستم تهیه گاز ورودی جهت دستگاه ازن زنی
سیستم تهیه گاز ورودی باید هوا یا اکسیژن خشک و تمیز را وارد سیستم کند. هوا و یا اکسیژن خالص به عنوان منبع گاز ازن مورد استفاده قرار می گیرد و به میزان جریان تنظیم شده به ژنراتور ازن منتقل می شود. سیستم های تهیه و تغذیه گاز ورودی به دو دسته تقسیم بندی می شوند :
استفاده از اکسیژن مایع Liquid Oxygen Storage یا LOX : سیستم هایی که از اکسیژن مایع استفاده می کنند نسبتا ساده هستند و شامل چند مخزن ، یک تبخیر کننده که مایع را به گاز تبدیل می کند و فیلتر هایی برای جدا کردن نا خالصی های اکسیژن هستند. به علت ذخیره ی اکسیژن در محل مسایل مربوط به ایمنی اهمیت دارد. نیاز به تجهیزات کمتری دارد. اجرا ، تعمیرات و نگهداری آسانی دارد. برای دستگاه ازن ساز کوچک و متوسط مناسب است. می تواند اکسیژن اضافی را ذخیره کند.
روش برودتی سرمایش یا سرد سازی کرایوژنیک Cryogenic Oxygen Generation : نسبت به روش استفاده از LOX پیچیده تر است. نیاز به تجهیزات کنترل گاز بزرگی دارد. نگهداری و تعمیرات پیچیده دارد. برای دستگاه ازن ژنراتور بزرگ تر مناسب است.
روش PSA یا Pressure Swing Adsorption : روشی است که به موجب آن یک غربالگر مولکولی مخصوص تحت فشار به صورت انتخابی نیتروژن ،کربن دی اکسید ، بخارات هوا و هیدرو کربن را جذب می کند و گازی غنی از اکسیژن ۸۰ تا ۹۰ درصد تولید می کند.
استفاده از هوا : این سیستم ها تقریبا پیچیده هستند زیرا هوا باید طوری کنترل شود که از آسیب رساندن به دستگاه ازن ژنراتور جلوگیری کند. هوا باید تمیز ، عاری از آلودگی و خشک باشد و حداکثر نقطه شبنم آن ۶۰- درجه ی سانتی گراد باشد. این سیستم ها معمولا شامل کمپرسور هوا ، فیلتر ، خشک کن و رگلاتور فشار هستند. ذرات بزرگتر از یک میکرون و قطرات روغن بزرگتر از ۰/۰۵ میکرون باید با فیلتراسیون حذف شوند. اگر درگاز ورودی هیدروکربن موجود باشد باید از کربن فعال گرانولی در ادامه استفاده کنیم.
حذف رطوبت می تواند با فشرده سازی و یا سردکردن حاصل شود هم چنین مواد خشک کننده desiccant dryers که رطوبت را از هوا خارج می کنند برای تمام این سیستم ها مورد نیاز هستند. مواد کوچک و بزرگ و رطوبت باعث جرقه شده که به دیاالکتریک های ازن ساز آسیب می رساند.
در این روش از کمپرسورهای روتاری لوب ، سانتریفیوژ ، روتاری اسکرو ، پره ای ، حلقه روغنی و کمپرسور رفت و برگشتی می توان استفاده نمود. کمپرسور جا به جایی مثبت و حلقه روغنی رایج ترین نوع کمپرسور ها در این سیستم ها هستند. در سیستم های جدید کمپرسور های بدون روغن برای جلوگیری از ورود هیدرو کربن ها به هوای ورودی به سیستم ازن ساز استفاده می شوند. این سیستم ها به ازای حجم ازن تولیدی انرژی زیادی نیاز دارد. به تجهیزات کنترل گاز وسیعی نیاز دارد. حداکثر غلظت اوزن تولیدی در آن ها ۳ تا ۵ درصد است.
تجهیزات تماس دهنده گاز ازون با آب و یا کنتاکتورهای ازن Ozone Contactor
هدف اصلی از تماس دهنده انتقال ازن از حباب های گاز به حجم مایع با ایجاد زمان تماس کافی و مناسب برای ضدعفونی می باشد. بخشی از ازون ورودی به مخزن تماس به آب منتقل نمی شود و به عنوان گاز خروجی جدا می شود. برای آنکه گندزدایی به صورت بهینه انجام گردد به انتقال موثر اوزن به آب با راندمان بیشتر از ۸۰ درصد نیاز است. روش های معمول تماس ازن با آب ، فاضلاب و پساب شامل موارد زیر می باشد :
دیفیوزر تماس دهنده Bubble Diffuser Contactors : این نوع کنتاکتور ها از دیفیوزرهای ضد زنگ و یا سرامیکی استفاده می کنند که به شکل های میله ای و یا بشقابی برای تولید حباب وجود دارند.
ونتوری یا تماس دهنده تزریقی Injectors or Ventori : در این روش ازن تحت فشار منفی که در قسمت ونتوری ایجاد می شود به داخل جریان آب تزریق می گردد. در بسیاری از مواقع برای افزایش خلا جهت تزریق ازن بخشی از کل جریان به یک جریان کنار گذر پمپ می شود و پس از آنکه ازون به آن تزریق شد با بقیه جریان تحت شرایط متلاطم ( برای افزایش انتشار ازن ) ترکیب می شود. نسبت گاز به مایع پارامتر مهمی در طراحی این سیستم ها می باشد که برای انتقال بهینه باید کمتر از ۰/۰۶۸ cfm/gpm باشد.
تماس دهنده میکسری توربینی Turbine Mixers : میکسرهای توربینی برای انتقال ، تغذیه و اختلاط ازن با آب درکنتاکتور استفاده می شوند. انتقال اوزن توسط میکسر های توربینی می تواند بیش از ۹۰ درصد باشد.
عوامل مؤثر بر ضدعفونی توسط دستگاه ازن زنی
اثر ضدعفونی کنندگی ازن به عوامل زیر بستگی دارد.
حساسیت ارگانیسم های مورد هدف
زمان تماس
غلظت ازن
مزایای استفاده از دستگاه ازن ساز
دستگاه ازن ساز در از بین بردن ویروس ها و باکتری ها بسیار مؤثرتر از کلر است.
استفاده از فرآیند ازن زنی زمان تماس کوتاهی نیاز دارد ( حدود ۱۰ تا ۳۰ دقیقه )
هیچ گونه پسماند مضری که پس از ازون زنی نیاز به حذف داشته باشد وجود ندارد زیرا ازون به سرعت تجزیه می شود.
اوزن در محل تولید می شود بنابراین مشکلات ایمنی کمتری در ارتباط با حمل و نقل و تماس وجود دارد.
استفاده از دستگاه ازن ژنراتور غلظت اکسیژن محلول DO جریان خروجی را افزایش می دهد. افزایش میزان اکسیژن محلول می تواند نیاز به احیا را از بین ببرد.
معایب استفاده از ازن ژنراتور
مقادیر پایین ازون ممکن است برخی از ویروس ها ، قارچ ها و کیست ها را به طور مؤثری غیر فعال نکند.
استفاده از دستگاه ازن ژنراتور نسبت به کلر زنی و ضد عفونی با اشعه فرابنفش پیچیده تر است و نیاز به تجهیزات پیچیده و سیستم های تماس مؤثر دارد.
ازون بسیار واکنش پذیر و خورنده است بنابراین نیازمند مواد مقاوم در برابر خوردگی مانند استیل ضد زنگ می باشد.
ازن زنی برای آب با سطوح بالای مواد جامد معلق SS ، اکسیژن خواهی بیولوژیکی BOD ، اکسیژن خواهی شیمیایی COD و یا کل کربن آلی TOC ، از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نیست.
اوزون بسیار محرک و احتمالاً سمی است بنابراین گازهای خروجی از تماس دهنده باید مهار شوند.
برخلاف کلر استفاده از دستگاه ازن ساز برای جلوگیری از رشد دوباره میکروارگانیسم ها باقی مانده ای برجا نمی‌گذارد بنابراین نیاز به گندزدایی ثانویه که معمولا با کلر صورت می گیرد وجود دارد.
هزینه های عملیاتی و تجهیزاتی سیستم ازن ژنراتور از کلر بیشتر است.
سیستم تخریب گاز خروجی در اوزن زنی
غلظت ازن در گاز خروجی معمولا بیشتر از غلظت زیان آور و مضر است بنابراین گاز خروجی باید جمع آوری شود و به فرم اکسیژن و گاز غیر سمی برای آزاد سازی در اتمسفر در آید. ازن در دمای بالا ( بالاتر از ۳۵۰ درجه و یا توسط عملیات کاتالیستی در دمای بالای ۱۰۰ درجه ) می تواند تخریب شود.
استفاده از دستگاه ازن ساز در صنایع میکرو الکترونیک
اخیرا صنعت میکروالکترونیک در استفاده از ازون برای تمیز کردن نیمه هادی ها به جای استفاده رایج از ترکیبات H2SO4 سرمایه گذاری کرده است. استفاده از دستگاه ازن ژنراتور یک روش دوستدار طبیعت است و می تواند باعث کاهش هزینه ها شود. برای بهینه کردن این روش شستشو دانستن رفتار اوزون در آب فوق خالص ضروری می باشد. تجزیه و انحلال اوزن در آب فوق خالص تابع دما و pH و افزودنی های مختلف می باشد.
کاربرد دستگاه ازن ساز در استخر شنا
استفاده از دستگاه ازن ژنراتور در استخرها از تشکیل محصولات جانبی ناشی از وجود کلر مانند تری هالو متان ها جلوگیری می کند که این امر باعث کاهش مشکلات تنفسی و مشکلاتی مانند قرمزی چشم می شود هم چنین استفاده از دستگاه ازن ساز باعث می شود میزان نیاز به جایگزین کردن آب کمتر شود بنابراین تاثیر زیادی برهزینه های ناشی از گرم کردن آب می گذارد.
استفاده از دستگاه ازن ژنراتور در برج های خنک کننده
آب برج های خنک کننده به تصفیه نیاز دارد و دو فاکتور مهم و اساسی در آنها باید کنترل شود:
خوردگی و رسوب گذاری در واحد های تبادل حرارت و لوله ها
رشد میکروبی ( باکتری و میکروارگانیسم ها )
این فاکتورها جدا ازهم نیستند برای مثال کاهش pH باعث جلوگیری از رسوب گذاری می شود اما از طرفی خوردگی فلزات را افزایش می دهد. با استفاده از دستگاه ازن ساز تمامی این فاکتورها بدون اضافه کردن مواد شیمیایی دیگری قابل کنترل میشود.
کاربرد دستگاه ازن ژنراتور در صنایع غذایی
از آنجایی که دستگاه تولید ازن یک گندزدای قوی و بی خطر است می تواند برای کنترل رشد بیولوژیکی میکروارگانیسم ها در محصولات و تجهیزات مورد استفاده در صنایع غذایی استفاده گردد. اوزن در هوا برای کنترل باکتری ها و آلودگی های موجود در اتمسفر و در فضایی که عمل آوری محصولات غذایی انجام می شود، استفاده می گردد. از دیگر سو ازون به صورت محلول در آب برای شستشوی مواد غذایی و زدودن آلودگی های موجود در سطح این مواد استفاده می شود.
در بعضی از مواقع ازن گازی با غلظت بسیار کم و به صورت مستقیم برای استرلیزه کردن ماده ی غذایی به آن زده می شود. هم چنین آب ازون زده شده می تواند برای شستشوی تجهیزات ، سطوح و دیوار های اتاق فرآوری مواد غذایی استفاده شود.
کاربرد های دستگاه ازن ژنراتور در صنایع غذایی شامل موارد زیر است :
در شستشوی میوه جات و سبزیجات
در تولید و عمل آوری گوشت قرمز و گوشت ماکیان
در صنایع غذا های دریایی و آبزی پروری
در ذخیره ی مواد غذایی
در مدیریت آفات
در آبیاری
در کنترل کیفیت هوا ی محیط
در صنایع تولید نوشیدنی ها
استفاده از دستگاه ازن ژنراتور در تولید آب معدنی
امروزه دستگاه ازن ساز نقش مهمی در پروسه تصفیه آب در تولید آب در بطری را ایفا می کند. آب های معدنی و یا آب چشمه ها در پروسه تبدیل به آب در بطری میتوانند از اوزن به عنوان ضد عفونی کننده برای جلوگیری از رشد میکرو ارگانیسم های مضر استفاده کنند. دستگاه ازن ژنراتور تمام پاتوژن هایی که در آب به وجود می آیند را از بین میبرد و هم چنین می تواند برای حذف ذرات مولد طعم و بو نیز استفاده گردد.
قیمت دستگاه ازن ساز
قیمت دستگاه ازن ژنراتور به عواملی از جمله روش و تکنولوژی تولید اوزن ، ظرفیت تولید ازن ، استفاده از هوا یا اکسیژن جهت ورودی سیستم و غیره بستگی دارد.