مقایسه کارایی کلرزن و ازن ژنراتور در تصفیه آب

تأمین آب آشامیدنی سالم و عاری از عوامل بیماری زا، یکی از پایه های حیاتی سلامت عمومی در جوامع انسانی است. با توجه به اینکه آب به عنوان حامل بسیاری از میکروارگانیسم های خطرناک عمل می کند، فرآیند گندزدایی در تصفیه آب نقش بسیار حیاتی دارد. گندزدایی یا ضد عفونی سازی، به مرحله ای از تصفیه آب گفته می شود که در آن میکروارگانیسم های بیماری زا نظیر باکتری ها، ویروس ها، قارچ ها و انگل ها از بین می روند یا غیر فعال می شوند تا امکان انتقال بیماری از طریق مصرف آب کاهش یابد یا از بین برود.

بدون استفاده از کلرزن و ازن ژنراتور، حتی اگر مراحل پیش تصفیه و تصفیه فیزیکی و شیمیایی به خوبی انجام شده باشد، احتمال آلودگی میکروبی آب همچنان وجود دارد. این موضوع به ویژه در مناطقی که جمعیت زیاد، سیستم لوله کشی گسترده یا منابع آبی آلوده دارند، اهمیتی دو چندان پیدا می کند. گندزدایی نه تنها در آب آشامیدنی، بلکه در کاربردهایی مانند استخرها، کارخانه های تولید مواد غذایی، داروسازی، بیمارستان ها و حتی مصارف کشاورزی با محصولات حساس نیز ضروری است.

اهمیت حذف میکروارگانیسم ها

وجود پاتوژن های میکروبی در آب می تواند منجر به شیوع بیماری های خطرناکی مانند وبا، حصبه، هپاتیت A و اسهال های حاد شود. در بسیاری از مناطق، گندزدایی آخرین سد دفاعی در برابر آلودگی های میکروبی است. بنابراین، انتخاب روش مناسب گندزدایی، به ویژه در سیستم های آبرسانی عمومی یا صنایع حساس، اهمیت بالایی دارد.

نقش کلر و ازن به عنوان دو روش پرکاربرد

کلرزن و ازن ژنراتور از پرکاربردترین و مؤثرترین گندزداهای شیمیایی در صنعت تصفیه آب محسوب می شوند. این دو ماده به واسطه ویژگی های منحصربه فرد خود، در دهه های اخیر در انواع مختلف سیستم های تصفیه آب، از مقیاس خانگی گرفته تا تأسیسات صنعتی و شهری، مورد استفاده قرار گرفته اند.

کلر به عنوان یکی از قدیمی ترین مواد گندزدا، از اوایل قرن بیستم در سیستم های تصفیه آب مورد استفاده قرار گرفته و همچنان نیز یکی از گزینه های اصلی برای گندزدایی آب به شمار می رود. دلیل اصلی این محبوبیت، ماندگاری قابل توجه کلر در آب پس از تزریق است. این ویژگی موجب می شود کلر بتواند در خطوط انتقال و توزیع آب نیز اثر گندزدایی خود را حفظ کند و از آلودگی های ثانویه که ممکن است در مسیر توزیع رخ دهند، جلوگیری نماید. علاوه بر آن، دسترسی آسان، هزینه پایین، و سادگی در مصرف و نگهداری کلر، آن را به گزینه ای اقتصادی و قابل اطمینان برای بسیاری از مناطق و کاربردها تبدیل کرده است.

در مقابل، ازن یک گندزدای بسیار قوی تر از کلر محسوب می شود که در دهه های اخیر، با پیشرفت فناوری و افزایش دغدغه های زیست محیطی، جایگاه ویژه ای در تصفیه آب پیدا کرده است. ازن یک اکسیدکننده بسیار فعال است که به سرعت با میکروارگانیسم ها و ترکیبات آلی واکنش می دهد و آن ها را از بین می برد. از ویژگی های برجسته ازن می توان به عدم باقی ماندن پسماند شیمیایی مضر اشاره کرد. ازن پس از واکنش با آلاینده ها، به سرعت به اکسیژن (O₂) تبدیل می شود و اثری از خود در آب باقی نمی گذارد، بنابراین برخلاف کلر، ترکیبات جانبی خطرناک مانند تری هالومتان ها تولید نمی کند.

کلرزن چیست؟

کلرزن دستگاهی است که برای تزریق کلر به آب طراحی شده است. کلر پس از ورود به آب به سرعت با مواد آلی، باکتری ها و ویروس ها واکنش داده و آن ها را غیرفعال می کند. این دستگاه ها می توانند با کلر گازی، مایع یا پودری کار کنند و بر اساس دوز تنظیم شده، مقدار مشخصی از ماده گندزدا را وارد آب می کنند.

انواع کلرزن

• کلرزن گازی: از گاز کلر فشرده در سیلندرها استفاده می شود؛ دقت بالا و سرعت گندزدایی مناسب دارد ولی خطرات ایمنی بیشتری دارد.
• کلرزن مایع (هیپوکلریت سدیم): رایج ترین نوع برای مصارف شهری و روستایی؛ ایمن تر ولی ماندگاری ماده فعال کمتر از گاز کلر است.
• کلرزن پودری (هیپوکلریت کلسیم): بیشتر در مقیاس های کوچک یا اضطراری استفاده می شود و نگهداری آسان تری دارد.

واکنش های شیمیایی کلر با آلاینده ها

وقتی کلر وارد آب می شود، به هیپوکلروس اسید (HOCl) و یون هیپوکلریت (OCl-) تبدیل می شود. این ترکیبات عامل اصلی گندزدایی هستند. کلر همچنین با مواد آلی موجود در آب واکنش می دهد و می تواند منجر به تولید ترکیبات جانبی مانند تری هالومتان ها شود که بعضاً سرطان زا هستند.

ازن ژنراتور چیست؟

ازن ژنراتور دستگاهی است که ازن را از طریق عبور هوا یا اکسیژن از میدان الکتریکی قوی یا اشعه UV تولید می کند. ازن بسیار ناپایدار است و پس از تولید بلافاصله وارد آب می شود تا واکنش های اکسیداسیونی انجام دهد. این واکنش ها منجر به نابودی سریع و مؤثر میکروارگانیسم ها و مواد آلی می شود.

مکانیزم عملکرد ازن ساز

ازن معمولاً به دو روش تولید می شود:

• تخلیه کرونا (Corona Discharge): عبور هوا یا اکسیژن از میدان الکتریکی با ولتاژ بالا
• اشعه UV: تبدیل اکسیژن به ازن با نور فرابنفش

سپس ازن از طریق انژکتور یا دیفیوزر به آب تزریق شده و بلافاصله شروع به واکنش می کند. از آنجا که ازن ناپایدار است، بلافاصله پس از انجام عملیات، به اکسیژن بازمی گردد.

ازن یکی از قوی ترین اکسیدکننده های شناخته شده است. قدرت اکسیداسیون ازن ژنراتور بسیار بالاتر از کلرزن بوده و می تواند ویروس ها و باکتری هایی را که نسبت به کلر مقاوم هستند نیز نابود کند. ازن همچنین می تواند فلزات سنگین، ترکیبات آلی پیچیده و بو و طعم نامطلوب را از بین ببرد.

مقایسه کارایی ضدعفونی کنندگی کلرزن و ازن ژنراتور

سرعت و قدرت گندزدایی

ازن در مدت زمان کوتاه تری می تواند میکروارگانیسم ها را غیرفعال کند. برای مثال، نابودی E. coli با ازن در چند ثانیه اتفاق می افتد، در حالی که کلر به چند دقیقه نیاز دارد.

تأثیر بر ویروس ها، باکتری ها و انگل ها

ازن اثربخشی بالاتری در برابر ویروس های مقاوم مانند آدنوویروس ها و انگل هایی مانند کریپتوسپوریدیوم دارد. کلر در برابر این نوع پاتوژن ها نیاز به دوز و زمان بیشتری دارد.

ماندگاری گندزدایی در شبکه توزیع

مزیت مهم کلر نسبت به ازن، ماندگاری باقی مانده در خطوط توزیع است. ازن پس از تزریق به سرعت تجزیه می شود و اثری در شبکه باقی نمی گذارد، اما کلر می تواند تا کیلومترها در لوله کشی باقی بماند.

بررسی پسماندهای کلرزن و ازن ساز

تری هالومتان ها در کلرزنی

کلر با ترکیبات آلی واکنش داده و مواد جانبی مانند تری هالومتان ها (THMs) و هالواستیک اسیدها (HAAs) تولید می کند که برخی از آن ها سرطان زا هستند. این موضوع یکی از نگرانی های جدی در استفاده طولانی مدت از کلر است.

عدم ایجاد پسماند خطرناک در ازن زنی

ازن پس از انجام فرآیند گندزدایی به اکسیژن تجزیه شده و پسماند مضری بر جای نمی گذارد. به همین دلیل، ازن به عنوان یک گزینه زیست محیطی تر شناخته می شود.

تأثیر بر کیفیت فیزیکی و شیمیایی آب بعد از تزریق ازن و کلر

بو، طعم و رنگ آب

ازن در حذف بو و طعم های نامطبوع بسیار مؤثر است، در حالی که کلر ممکن است طعم خاصی به آب بدهد. همچنین، ازن رنگ های طبیعی ناشی از آهن، منگنز و ترکیبات آلی را بهتر حذف می کند.

تأثیر بر pH و سایر پارامترها

کلر می تواند pH آب را افزایش دهد، در حالی که ازن تأثیر کمتری دارد. ازن همچنین به کاهش COD و BOD کمک می کند و باعث بهبود کلی کیفیت شیمیایی آب می شود.

ملاحظات زیست محیطی ازن ژنراتور و کلرزن

خطرات کار با کلر گازی

کلر گازی بسیار سمی و خورنده است و در صورت نشت می تواند خطرات جانی به همراه داشته باشد. نیاز به تهویه، تجهیزات ایمنی و آموزش پرسنل دارد.

ایمنی بالاتر ازن در مصرف محلی

ازن در محل تولید و مصرف می شود و حمل ونقل آن لازم نیست. با این حال، باید از نشت گاز ازن نیز جلوگیری شود، زیرا تنفس آن می تواند برای انسان مضر باشد.

ترکیب کلرزنی و تزریق ازن

آب شرب شهری: نیاز به ماندگاری گندزدا

در شبکه های توزیع آب شهری، کلر به دلیل باقی مانده گندزدا همچنان انتخاب اصلی است. در برخی موارد، ازن در مرحله پیش گندزدایی استفاده می شود و سپس کلر به عنوان مکمل اضافه می شود.

آب استخر: کنترل بو و جلبک

ازن در حذف ترکیبات کلرآمین که عامل بوی بد استخر هستند مؤثر است. ترکیب ازن و کلر در استخرها بهترین عملکرد را ارائه می دهد.

آب شیرین کن ها: حذف مواد آلی و میکروبی

در سیستم های اسمز معکوس (RO) که برای شیرین سازی و تصفیه دقیق آب مورد استفاده قرار می گیرند، حفظ سلامت و کارایی غشاهای نیمه تراوا از اهمیت حیاتی برخوردار است. این غشاها معمولاً از مواد پلیمری حساس ساخته شده اند که نسبت به برخی مواد شیمیایی، به ویژه ترکیبات کلردار، بسیار آسیب پذیر هستند.

در این میان، ازن به عنوان یک گزینه مؤثر در پیش تصفیه آب برای سیستم های RO شناخته می شود. ازن با قدرت اکسیدکنندگی بالای خود قادر است ترکیبات آلی پیچیده، فلزات سنگین، رنگ، بو و همچنین بار میکروبی آب ورودی را تا حد زیادی کاهش دهد. این کاهش بار آلی و میکروبی، به طور مستقیم باعث کاهش نرخ گرفتگی و بیوفولینگ غشاهای RO می شود، در نتیجه عمر مفید غشاها افزایش یافته و کارایی سیستم حفظ می شود. نکته مهم تر این است که ازن، برخلاف کلر، پس از انجام فرآیند گندزدایی، به سرعت تجزیه شده و به اکسیژن تبدیل می شود؛ بنابراین هیچ گونه پسماند شیمیایی خورنده ای از خود برجای نمی گذارد که به غشا آسیب بزند.

در مقابل، کلر و ترکیبات آن می توانند برای غشاهای اسمز معکوس بسیار مضر باشند. حتی مقادیر بسیار ناچیز باقی مانده از کلر آزاد در آب ورودی می تواند باعث اکسید شدن لایه سطحی غشاهای پلی آمیدی شود و منجر به کاهش شدید راندمان، نشت نمک، و در نهایت تخریب غیرقابل برگشت غشاء گردد.

بنابراین، استفاده از ازن در مرحله پیش تصفیه سیستم های RO نه تنها باعث ارتقای کیفیت آب و عملکرد سیستم می شود، بلکه نیاز به حذف کلر و خطرات ناشی از آن را نیز از میان برمی دارد. این موضوع از دلایل اصلی است که در بسیاری از پروژه های بزرگ تصفیه آب صنعتی و آب شیرین کن صنعتی بر پایه  اسمز معکوس، ازن به عنوان گزینه ای مطمئن و کارآمد ترجیح داده می شود.

مقایسه هزینه های نصب، بهره برداری و نگهداری کلرزن و ازن ژنراتور

تجهیزات و زیرساخت های مورد نیاز

ازن ژنراتورها تجهیزات پیچیده تری دارند و نیاز به برق و فضای مناسب برای تولید دارند. کلرزن ها ساده تر و کم هزینه تر هستند.

هزینه مواد مصرفی

مواد مصرفی کلر معمولاً ارزان تر از ازن هستند. با این حال، هزینه نگهداری ازن ژنراتور در بلندمدت ممکن است به صرفه تر باشد به دلیل کاهش نیاز به مواد شیمیایی جانبی.

نگهداری سیستم ها

ازن ژنراتورها نیاز به سرویس دوره ای دقیق دارند ولی عمر بالاتری دارند. کلرزن ها نیز نیازمند کنترل دوز و بررسی مخازن ذخیره سازی هستند.

دوام و عملکرد ازن ساز و کلرزن در شرایط مختلف آب

ازن ژنراتور در آب هایی با دمای پایین و شفافیت بالا عملکرد بسیار خوبی دارد، زیرا در چنین شرایطی، پایداری ازن بیشتر بوده و قدرت نفوذ آن در حذف میکروارگانیسم ها افزایش می یابد. با این حال، در آب های تیره یا دارای کدورت بالا، ذرات معلق می توانند مانع تماس مؤثر ازن با آلاینده های میکروبی شوند، به همین دلیل معمولاً نیاز به پیش تصفیه فیزیکی (مثل فیلتراسیون) وجود دارد.

از طرف دیگر، کلرزن در طیف گسترده تری از شرایط فیزیکی آب، از جمله آب های کدر و با دمای بالاتر، عملکرد قابل قبولی دارد. با این حال، در آبهای بسیار گل آلود، باز هم ممکن است کاهش اثربخشی کلر رخ دهد و نیاز به حذف مواد معلق قبل از گندزدایی باشد. بنابراین، در شرایط کیفیت پایین آب خام، هر دو روش برای رسیدن به کارایی مطلوب، معمولاً نیازمند پیش تصفیه هستند.

تأثیر کیفیت اولیه آب بر عملکرد ازن ژنراتور و کلرزن

در آب هایی که بار آلی (یعنی مقدار مواد آلی محلول و معلق) بالاست، استفاده از ازن کارآمدتر از کلر است، چون ازن یک اکسیدکننده بسیار قوی است و می تواند این ترکیبات آلی را سریع تر و مؤثرتر تجزیه کند. این عمل نه تنها باعث کاهش بار آلی می شود، بلکه اثر گندزدایی نهایی را نیز تقویت می کند.

در مقابل، کلر در حضور مواد آلی به سرعت مصرف می شود و برای رسیدن به اثربخشی مناسب، نیاز به دوز بیشتری از کلر وجود دارد. این افزایش دوز می تواند منجر به تشکیل محصولات جانبی ناخواسته مانند تری هالومتان ها (THMs) شود که برای سلامت انسان مضر هستند.

نیاز به پیش تصفیه یا مکمل در تزریق کلر و ازن

ازن معمولاً به عنوان یک پیش گندزدا در ابتدای فرایند تصفیه استفاده می شود، زیرا قدرت اکسیدکنندگی بالای آن کمک می کند تا ترکیبات آلی، آهن، منگنز، بو و رنگ موجود در آب کاهش یابد و بار میکروبی اولیه به شدت کم شود. این موضوع باعث افزایش کارایی مراحل بعدی تصفیه مانند فیلترهای شنی، کربنی، یا اشعه UV می شود و از گرفتگی و آلودگی آن ها جلوگیری می کند.

در مقابل، کلر اغلب در انتهای خط تصفیه و به عنوان گندزدای نهایی استفاده می شود؛ چون قابلیت باقی ماندن در آب را دارد و می تواند از آلودگی ثانویه در خطوط توزیع جلوگیری کند.

سازگاری ازن ساز و کلرزن با سایر فرآیندهای تصفیه آب

ترکیب ازن یا کلر با فیلترهای شنی، کربنی، اسمز معکوس و…

ازن می تواند به بازسازی فیلترهای کربنی کمک کند و از رشد میکروبی جلوگیری کند. کلر ممکن است به برخی فیلترها آسیب بزند (مثلاً غشاهای RO).

نقش به عنوان گندزدا یا کمک اکسیدکننده

ازن علاوه بر گندزدایی، به عنوان یک اکسیدکننده قوی برای حذف فلزات سنگین و مواد آلی پیچیده نیز عمل می کند. کلر عمدتاً نقش گندزدا دارد.

مزایا و معایب کلرزن و ازن ژنراتور

انتخاب بین کلرزن و ازن ژنراتور

انتخاب بین کلرزن و ازن ژنراتور باید بر اساس نوع کاربرد، کیفیت آب اولیه، بودجه و الزامات ایمنی انجام شود:

• برای سیستم های آب شرب شهری: کلر به دلیل باقی مانده گندزدا همچنان بهترین گزینه است، ولی می توان از ازن در پیش تصفیه بهره برد.
• برای آب استخرها: ازن در ترکیب با کلر، عملکرد بهتری برای حذف بو و جلبک دارد.
• در صنایع حساس مانند داروسازی یا لبنیات: ازن به دلیل عدم ایجاد پسماند شیمیایی مناسب تر است.
• برای کشاورزی یا گلخانه ها: کلر اقتصادی تر است ولی ازن کیفیت بهتری به آب می دهد.
• در مناطقی با کیفیت پایین آب خام: ازن به عنوان یک اکسیدکننده قوی انتخاب مناسبی است.