روش های گندزدایی آب آشامیدنی

هدف از ارائه روشهای گندزدایی آب آشامیدنی ، کشتن پاتوژن ­ها و اسپورهای مقاوم غیر ضروری به وسیلۀ مواد شیمیایی، ازن و اشعۀ فرابنفش (UV) است. پاتوژن­ها میکروارگانیسم­ های بیماری ­زا هستند. شایان ذکر است که نباید مفهوم گندزدایی را با مفهوم استریلیزه کردن اشتباه کنیم، زیرا استریلیزه کردن به مفهوم از بین بردن کل میکروارگانیزم ­های موجود در بستر فیلتر است. تأکید می شود که تصفیۀ حرارتی و تاباندن پرتوهای گاما و X باید جزء فرایند گندزدایی باشد.

ترکیبات شیمیایی غیر کلر برای ضدعفونی سازی آب و پساب

ازون

ازون یک از ناپایدار و یکی از آلوتروپ های اکسیژن است که سمیت بالایی داشته و بوی زننده ای نیز دارد. ازون یک اکسنده قوی و گندزدای موثر و مفید است. این گاز برای حذف بو، رنگ و مزه از آب خوب عمل می کند. این گاز خیلی خوب در آب حل شده و چون ناپایدار است باقیانده ای برجای نمی گذارد. آب حاصل از ازنیزاسیون ممکن است مشابه آب تولید شده به وسیله یک واحد انعقاد پیچیده، ته نشینی، صاف سازی و کلریناسیون باشد. به دلیل عدم وجود مقدار باقیمانده در سیستم هایی که از ازون استفاده می کنند ممکن است مشکلاتی از قبیل تغییر رنگ و بو و مزه و رشد بیولوژیکی را مشاهده کنیم. ازون در شرایط معینی با مواد آلی واکنش داده و ازونید را به وجود می آورد. در حال حاضر اهمیت حضور این ماده در آب مشخص نیست. همچنین برم موجود در آب پس از ازنیزاسیون به برومات تبدیل می شود که در دراز مدت مضر سلامت خواهد بود.

نقره

نقره کلوئیدی است که از دیرباز برای حفظ کیفیت آب ذخیره شده مورد استفاده قرار می گرفته است. نقره در مقابل عمده میکروارگانیسم ها سمی است. استفاده از این عنصر برای ضد عفونی سازی واحدهای کوچک توصیه می شود. استفاده از آن برا واحدهای بزرگتر به دلیل قیمت بالا مقرون به صرفه نبوده و توصیه نمی شود.

برم

برم نوعی هالوژن است که به دلیل مقدار باقیمانده کمی که دارد برای ضدعفونی کردن آب در استخرهای شنا استفاده می شود.

ید

ید نیز نوعی هالوزن است که گاها برای گندزدایی آب استخرها مورد استفاده قرار می گیرد. باقیمانده این هالوژن نسبت به کلر سوزش چشم کمتری خواهد داشت. این گندزدا برای آب های عمومی کاربرد ندارد.

نور فرابنفش و آفتاب

انواع مختلف تابش برای گندزدایی از آب کاربرد دارند. در سال های اخیر استفاده ا تابش فرابنفش به این منظور رواج یافته است. برای استفاده از این نور لازم است میزان کدورت آب کنترل شود. کدورت بالای آب مانع از تماس نور با میکروارگانیسم ها شده و فرایند گندزدایی به خوی انجام نمی گیرد. تصفیه فرابنفش برای گندزدایی خروجی فاضلاب هایی که به عنوان آب شست و شو و یا انجام تفریجات ورزشی مورد استفاده قرار می گیرند توصیه می شود.

گرما

گندزدایی با گرما یک روش بسیار موثر است که باقیمانده نیز ندارد. به دلیل هزینه های بالای استفاده از این روش چندان مورد استفاده قرار نمی گیرد.

غشاها

سیستم های غشایی تحت فشار مثل میکروفیلتراسیون و اولترافیلتراسیون قابلیت حذف ذرات مشخصی را دارند. عمده میکروارگانیسم های مهم و اثرگذار بر کیفیت آب را می توان به کمک این غشاها حذف کرد.

این فرایندها در حالت کلی در صنایع مختلف استفاده می­ شوند. ولی در صنعت تصفیه آب شرب به کار نمی­روند، زیرا این سیستم ­ها توانایی گندزدایی آلودگی­ های ثانویه در سیستم توزیع آب را به علت نداشتن مادۀ گندزدایی باقی­مانده ندارند.

گندزدایی مورد نیاز می تواند با غلظت بالای گندزدا و یک دوره تماس کوتاهتر و یا غلظت کم در دوره تماس طولانی تر حاصل شود. باید مطمئن بود که میزان شدت جریان در تانک گندزدایی به گونه ای است که مدت زمان واقعی جریان عبوری تا حد ممکن به زمان ماند نظری جریان پیستونی نزدیک باشد. اگر مشخصات جریان عبوری ناپایا باشد علیرغم وجود مقادیر قابل ملاحظه ای از ماده گندزدا و نیز زمان تماس، فرایند گندزدایی به طور موثر و مطلوب انجام نمی گیرد.

ملاحظات:

فرضیه ­های اصلی در انتخاب فرایند گندزدایی عبارتند از:

• وجود موجودات زنده جایگزین در منبع آب شرب؛
• علمی بودن استفاده از روش­ های گندزدایی؛
• رابطۀ (C × t) گندزدا؛
• تشکیل محصولات جانبی مادۀ گندزدا و میزان آنها؛
• کیفیت آب فرایندی؛
• مشکلات ناشی از گندزداها،
• هزینۀ هر یک از گندزداها.

هر یک از موارد بالا بررسی می­ شوند.

موجودات زنده جایگزین، موجودات زندۀ کلیفرمی به­ویژه اشرشیاکلی (E. Coli) به مقدار زیاد در مدفوع انسان یافت می­شوند. روزانه میلیون­ها موجود زنده از انسان­ها و حیوانات دفع می­ شوند. بنابراین وجود اشرشیاکلی در فرایند آب نشان­ دهنده آلودگی مدفوعی است. گروه باکتری­های کلیفرمی به صورت باکتری­های میله­ ای بدون اسپور (تخم میکروب)، هوازی و بی ­هوازی اختیاری تعریف می ­شوند که با تخمیر اسید و گاز تولید می ­کنند.

1. Bacilli
2. Aerobic
3. facultative anaerobic

انتخاب گندزداها  کلر، کلرآمین ­ها، دی­اکسید کلر و ازن از گندزداهای مورد استفاده هستند. فرایند انتخاب بر اساس موثر بودن مادۀ گندردا، تشکیل محصولات جانبی، میزان گندزدایی مادۀ گندزدایی باقی­ماده و اقتصادی بودن آن انجام می­گیرد.

کلر روشهای گندزدایی آب آشامیدنی

کلرزنی آب شرب از سال 1903 در ایالات متحده تجربه شده است، بنابراین اطلاعات زیادی دربارۀ کاربرد و موثر بودن آن در دست است. با وجود رشد این روش مشکلات ناشی از تری­ هالومتان ­ها و تشکیل مواد سرطان­زای ناشی از فرایند کلرزنی مسائل نگران کننده­ ای بودند ولی کلرزنی با وجود این مسائل تا چندین سال بویژه در کشورهای درحال توسعه معمول بود. علت این بود که آب شرب در سیستم توزیع باید مادۀ گندزدای باقی­مانده داشته باشد و کلر به راحتی این نیاز را تأمین می­کرد. علاوه بر این در بیشتر مواقع کلر با توجه به هزینۀ آن موثرترین ماده گندزدا بوده است.

کلر در حالت کلی به صورت محلول کلر مایع در فرایند آب استفاده می­شود. گاز کلر به اسید هیپوکلرو (HOCI) و یون هیپوکلریت (OCL^–) تجزیه می­شود. به اسید هیپوکلرو در آب کلر آزاد باقی­ماده گفته می­شود. غلظت نسبی این دو نمونه تابع PH آب و (تا حدی) دما  است.

منبع کلر روشهای گندزدایی آب آشامیدنی، به طور معمول گاز کلر است که بعدا به مایع تبدیل می ­شود. اما در تصفیه­ خانه­ های کوچک یا مناطقی که (از لحاظ ایمنی) از کلر استفاده نمی­ کنند. از هیپوکلریت کلسیم، هیپوکلریت سدیم و یا ترکیبات کلر و آهک به عنوان منبع کلر استفاده می­شود. کلر آزاد باقی­مانده به­ سرعت با بسیاری از مواد موجود در آب و میکروارگانیسم­ ها واکنش می ­دهد. در صورتی که کلر به آب زلال با کل کربن آلی (TOC) اندک مثل آب فیلتر شده اضافه شود می ­توانیم به گندزدایی خوب و حداقل تشکیل تری­هالومتان­ها و اسید هالواستیک (HAA) برسیم.

عامل­ های بسیار زیادی بر بازده گندزدایی تأثیر می­گذارند که عبارتند از:

• مواد اکسید کننده در فرایند آب
• غلظت خاص
• PH
• دما
• زمان تماس
• میزان کلر باقی ­مانده.

شرایط مطلوب گندزدایی عبارتند از: PH کم (6 تا 7)، دمای زیاد (20 تا C˚25)، زمان تماس زیاد (بیشتر از 30 دقیقه) و میزان بالای کلر باقی­مانده (بیشتر از mg/L  5.0).

طبق نظریه موریس (1975)، اثر اسید هیپوکلرو در گندزدایی باکتری­های مدفوعی و تک سلولی­ها 100 بار بیشتر از یونهیپوکاریت است. اما اسید هیپوکلرو نسبت به سایر گندزداها مثل ازن یا دی­اکسید کلر اثر کمتری در گندزدایی ویروس ­ها و تخم تک سلولی­ ها و باکتری ­ها دارد. اگر چه اثر یون هیپوکلریت در مقایسه با منوکلروآمین خیلی کمتر از اسید هیپوکلرو است، ولی قدرت گندزدایی آن بیشتر از دو برابر است.

کلرزنی روشی جا افتاده، قابل اطمینان و پیشرفته است. ولی تری ­هالومتان­ ها و سلامتی مردم مهم­ترین نگرانی مهندسان و مردم از این ماده است. مطالعات نشان داده است وقتی که نقطه تزریق کلر را از قسمت ­های اولیه تصفیه ­خانه به بعد از فیلتراسیون منتقل می­ کنیم، تشکیل تری­ هالومتان ­ها تا حد زیادی کاهش می­ یابد. در نتیجۀ پیشرفت فناوری و راهبری این روش، قابلیت اطمینان فرایند گندزدایی افزایش خواهد یافت.

کلرآمین ­زنی آب شرب در بسیاری از تصفیه ­خانه ­ها به طور موفقیت ­آمیزی استفاده شده است. اما اثر کلرآمین نسبت به کلرزنی در ویروس کشی و باکتری کشی ضعیف است و ویروس­ های مدفوعی و تک­ یاخته ­ای در مدت زمان بسیار کوتاه (کمتر از 30 دقیقه) در دوز کم (1 تا mg/L 2) از بین نمی ­روند. با وجود این از آنجا که کلروآمین ­ها، میزان تری ­هالومتان (THM) بسیار کمی تولید می ­کنند. سلامت انسان را به خطر نمی ­اندازند. در سال 1970، سازمان حفاظت محیط زیست (EPA) پیشنهاد داد که کلروآمین­ها به علت اینکه در از بین بردن باکتری ­ها و ویروس ­ها بازده کمی دارند، به عنوان ماده گندزدای اولیه استفاده نشود؛ اما این پیشنهاد بعدا تصحیح شد. در نتیجه از فرایند کلروآمین ­زنی به عنوان گندزدایی نهایی و پیش گندزدایی استفاده شد.

یکی از مهم­ترین کاربردهای کلروآمین­ه جهت روشهای گندزدایی آب آشامیدنی  ترکیب آنها با مواد گندزدای دیگر، به­ ویژه گندزدایی نهایی، است. زیرا کلروآمین باقی­مانده بشتر از کلر (باقی­مانده) در آب ماندگاری دارد و THM زیادی تولید نمی­ کند. کلروآمین­ها به نسبت یک قسمت آمونیاک و چهار قسمت کلر (بر اساس mg/L) مونوکلروآمین­ها را تشکیل می­ دهند. بنابراین اگر آب پس از کلروآمین­زنی mg/L 1 کلر آزاد باقی­مانده داشته باشد، باید mg/L  25.0 آمونیاک اضافه شود. اما اگر قبل از کلروآمین زنی نهایی mg/L 3.0 آمونیاک اضافه شده باشد، دست کم باید mg/L 2.1 کلر اضافه شود.