ضدعفونی آب

مهمترين جنبه كيفي آب آشاميدني كيفيت ميكروبي آن و ضدعفونی آب است. در حال حاضر در اكثر شهرهاي ايران گندزدايي آب آشاميدني با كلر و مشتقات آن انجام ميگيرد، اين در حالي است كه تصفيه پيشرفته جهت حذف مواد آلي انجام نميگيرد و درنتيجه با توجه به احتمال تشكيل مواد سرطانزا مانند تريهالومتانها، تحقيق و بكارگيري روشهاي نوین و ایمن ضروری است.  روشهاي ضدعفوني آب، به دو دسته فيزيكي و شيميايي تقسيم ميگردند. روش های فیزيكي به دليل عدم ابقاء مواد شيميايي و استفاده نكردن از مواد شيميايي در آب به روشهاي شيميايي ضدعفوني آب ترجيح دارند. روشهاي شيميايي مثل كلرزني و ازن زني به دليل معايبي كه دارند از جمله واكنشهاي جانبي كه باعث توليد تركيباتي مضر براي بدن ميشوند، در مقابل روشهاي بيخطر فيزيكي در حاشيه قرار گرفته اند.از آنجا كه امروزه داشتن يك جامعه بشري سالم با محصولات جانبي توليدي ضدعفوني كننده ها نظير تري هالومتانها، هالواستيك اسيدها  و غيره به يك بحران براي سلامتي آينده بشر تبديل شده است، جستجو براي كشف روشهاي نوين و مؤثر ضدعفوني به عنوان جايگزيني براي روشهاي حاضر امري لازم تلقي ميشود.

با وجود اينكه ضدعفونی آب به وسيله كلر روشي كاملاً عموميت يافته و مورد قبول در بيشتر جوامع توسعه يافته و در حال توسعه به شمار ميرود، ولي با توجه به تجربيات علمي فزاينده به دست آمده در مورد تشكيل احتمالي محصولات جانبي سرطانزاي ناشي از گندزدايي با كلر، احتمال مصون شدن ميكروبها در مقابل گندزداهاي شيميايي مشابه كلر و بالا رفتن آگاهي و حساسيت مردم در مورد سلامتي، ايمني، هزينه و مسائل زيست محيطي، نياز به يافتن فرايندهاي پيشرفته تصفيه و ضدعفونی آب با به كارگيري ديگر روشهاي گندزدايي و حذف كامل آلايندهها و عوامل بيماريزا از آب بيش از پيش ضروري گرديده است.

متون و تجارب زيادي در ارتباط با انواع گزينه هاي گندزدايي آب وجود دارد، با اين حال مهندسين به سختي ميتوانند براساس اطلاعات موجود، گزينه مناسب براي ضدعفونی آب را به خصوص از بين فناوري هاي نسبتاً جديد انتخاب كنند. يك گندزداي خوب براي استفاده در آب بايد بر ميكروارگانيسمها اثر كشندگي مناسب داشته باشد، براي انسان و حيوانات اثرات سمي اندكي داشته و اثرات و صدمات نامطلوب زيست محيطي آن ناچيز باشد.

امروزه با توجه به توليد فراورده هاي جانبي خطرناك ناشي از استفاده ضدعفونی آب با تركيبات كلر درآب، كاربرد ساير گندزداها از قبيل پرتو فرابنفش، ازن، پراستيك اسيد، تركيبات متعدد پراكسيد هيدروژن و يا تركيبي از دو يا سه مورد از اين مواد به عنوان گزينه جايگزين مطرح گرديده است.ميكروبزدايي به روش ازن داراي معايبي همچون سميت و توليد آلدهيدوكتون است كه براي سلامتي انسان مضر است. موانع متعددي در به كارگيري لامپ UVوجوددارد، از جمله اين كه وجود كدورت، مواد معلق، رنگ، مواد كلوييدي و مواد آلي محلول به عنوان پناهگاه باكتريها، تفرق و جذب اشعه، باعث كاهش شدت اشعه UVو رسوب ايجاد شده بر روي ديواره لامپ موجب كاهش عمرلامپ ميشود. ذرات موجود در آب، تأثير منفي زيادي بر عملكرد گندزدايي دارد. ذرات معلق عامل كدورت عمدتاً شامل آلايندههاي شيميايي يا پاتوژنها هستند كه ممكن است با فرآيندهاي گندزدايي تداخل نمايند. تركيبات متعدد پراكسيد هيدروژن نيز با وجود مزاياي متعدد بهعلت عدم تأمين استاندارد سازمان بهداشت جهاني WHOدر غلظتهاي معقول و مناسب، مصداق كاربردي نيافته اند. از اينرو هنوز جستجو براي يافتن گندزدايي مناسب كه بتواند جايگزين كلر شود، ادامه دارد.

يكي از روشهاي نويني كه اخيراً تحقيقات زيادي براي بهكارگيري آن در ضدعفوني آب و پساب انجام گرفته است، استفاده از ميدانهاي الكتريكي پالسي در ولتاژهاي بالا 1ميباشد. در ضدعفونيĤب به روش ميدان الكتريكي پالسي، بهجاي استفاده از تركيبات و مواد شيميايي كه باعث توليد محصولات جانبي ميشوند، از ولتاژ بالا استفاده ميشود. اين روش از لحاظ اقتصادي راندمان بالايي دارد. مزيتهايي مانند انهدام كامل ميكروبها، عدم توليد محصولات جانبي مضر براي سلامتي انسان، بازده بسيار بالا و هزينه كم در مقايسه با ساير روشهاي ضدعفوني، سالم بودن روش تصفيه و كاربرد گسترده در صنعت، قابل استفاده در سرعت جريانهاي بالا، قابل استفاده براي جريان پيوسته آب و حجمهاي دلخواه و … همگي باعث ميشود كه ضدعفوني آب با ميدان الكتريكي پالسي در مقايسه با روشهاي ديگر ارجحتر باشد.

اساس کار گندزدای آب  با ميدان الكتريكي پالسي

در گندزدايي به روش ميدان الكتريكي پالسي،آباز بين دو الكترود كه در اختلاف پتانسيل بالايي قرار دارند، عور داده شده و ميدان الكتريكي با شدت بالا به ميكروبهاي موجود در آب وارد ميشود و آنها را غيرفعال ميكند. مكانيسم اصلي در طول اين فرآيند »سوراخكاري الكتريكي «2نام دارد. براثر تپ ولتاژ بالا، سوراخهاي ريزي در غشاء سلول (باكتري) ايجاد ميشود. اين سوراخها باعث تخريب ديالكتريك غشاء سلول ميشود. عوامل مؤثر در سوراخكاري
الكتريكي عبارتند از: شدت ولتاژ و مدت زمان استمرار ميدان الكتريكي. چراكه تا زماني كه اين دو پارامتر از حد آستانه خود تجاوز نكنند، تخريب غيرقابل برگشت سلول بهوجود نميآيد. تخريب زماني صورت ميگيرد كه باعث ايجاد تعداد بسيار زيادي سوراخ در غشاء سلول شده و لذا باكتري قابليت زنده ماندن خود را از دست بدهد. شکل زیر آسيب ديدن غشاء سلول باسيلوس سرئوس را تحت اثر ميدان الكتريكي پالسي نشان ميدهد.

ضدعفونی آب با میدان الکتریکی پالسی

اگر حفره ها نسبت به كل سطح غشاء كوچك باشند، شكست غشاء ممكن است برگشتپذير باشد. اما زماني كه حفره هاي ايجادشده بزرگ باشند، تخريب غشاء سلولي رخ ميدهد. افزايش قدرت و شدت ميدان الكتريكي با افزايش پهناي پالس (زمان هر پالس) و/يا تعداد پالسها باعث ايجاد حفرات بزرگ ميشوند.ميدان الكتريكي پالسي در طيفي از اشكال پالس شامل نمايي، مربعي، شارژزدايي آني،دوقطبي يا پالسهاي نوساني به كار ميرود. موجهاي مربعي به صورت نسبتاً گسترده در مطالعات PEFمورد استفاده قرار ميگيرند. توليد پالسهاي مربعي نسبت به پالسهاي تخريب كننده نمايي پيچيده تر بوده و نياز به يك شبكه تشكيل دهنده پالس دارند.
اگرچه هر دو موج مربعي و نمايي براي غيرفعالسازي ميكروارگانيسمها مؤثر هستند، موج مربعي شكل كُشنده بوده و به طور كلي گزينه بهتري نسبت به مورد دوم است، زيرا ولتاژ پيك را براي مدت زمان طولانيتري حفظ نموده و از نظر انرژي كارآمدتر است. مشخص شده است كه پالسهاي متناوب، كمترين كارايي را براي غيرفعالسازي ميكروارگانيسمها دارند، زيرا اگرچه سلول ميكروبي چندين بار در معرض ميدان با شدت بالا قرار ميگيرد، هر تماس،
مدت زمان كوتاهي بهطول ميانجامد و از شكست غيرقابل برگشت غشاء در يك ناحيه بزرگ جلوگيري ميشود.
پالسهاي دوقطبي كه در آن قطبيت ميدان الكتريكي به كار رفته پس از يك زمان آسايش عوض ميشود، به دليل ايجاد استرس اضافي در غشاء سلولي، نسبت به پالسهاي تك قطبي مؤثرترند. بازگشت سريع جهت ميدان الكتريكي، جهت حركت گروههاي باردار در غشاء سلولي را تغيير داده و باعث فرسودگي ساختاري و افزايش شكست الكتريكي ميشود. پالسهاي دوقطبي برای ضدعفونی آب ، تهنشست مواد جامد در سطوح الكترود و اثر زيان آور منتج بر روي غيريكنواختي ميدان در اتاقك را به حداقل ميرسانند.