حذف آهن و منگنز از آب چاه با استفاده از گاز ازن

استفاده از گاز ازن یکی از روشهای متداول حذف آهن و منگنز از آب چاه برای مصارف بهداشتی و شرب به شمار می رود. آهن و منگنز به سادگی توسط ازن اکسید می شوند. در این مقاله ضمن بیان اصول و نحوه اکسیداسیون آهن و منگنز به وسیله ازن، با استفاده این موضوع در تصفیه آب چاه آشنا خواهید شد.

آشنایی بیشتر با ساختار شیمیایی ازن

به "ازن"، گاهی "اکسیژن فعال" نیز گفته می شود. ازن حاوی سه اتم اکسیژن است. در حالیکه مولکول گاز اکسیژن که تنفس می شود، دارای دو اتم اکسیژن می باشد. ازن یکی از قویترین مواد اکسید کننده و از بین برنده انواع باکتری، ویروس و حتی بو به شمار می رود. ازن بسیار ناپایدار بوده و به سرعت مجدداً به اکسیژن تبدیل می شود.

گاز ازن لازم برای استفاده در تصفیه آب و سایر موارد ضدعفونی بصورت طبیعی در دسترس نبوده و می بایست در محل مصرف تولید شود.  

تولید گاز ازن معمولاً توسط یکی از دو روش "قوس الکتریکی" و یا "تابش اشعه ماوراء بنفش قوی" روی هوای عبوری از محفظه دستگاه ازن ژنراتور صورت می گیرد.  

شیمی آب حاوی آهن و منگنز

وجود آهن و منگنز در آب، معمولاً مشکلی برای سلامتی به وجود نمی آورد. مهمترین دلیل برای حذف آهن و منگنز از آب، مشکلاتی است که این دو ماده در تغییر رنگ آب و لکه گذاری به وجود آورده و یا رسوباتی است که در داخل لوله ها، تجهیزات و سطوح تشکیل می شود.

آهن و منگنز معمولاً به دو صورت "محلول" و "نامحلول" در آب وجود دارند. آهن و منگنز نامحلول در آب را می توان توسط فیلترهای شنی قابل بک واش بسادگی جدا کرد. مشکل اصلی، آهن و منگنز "محلول" در آب است که لازم است ابتدا با اکسیداسیون این مواد آنها به حالت "نامحلول" درآورده و سپس با فیلتر از آب جدا نمود.

لازم به ذکر است که برای اکسیداسیون آهن و منگنز نامحلول در آب، می توان از روش کلرزنی هم استفاده کرد. اما استفاده از ازن بجای کلر برای حذف آهن و منگنز دارای سه مزیت مهم زیر است:

1- قدرت اکسید کنندگی ازن حدود 1.5 برابر کلر است. به عبارتی دیگر، برای حذف مقدار معینی آهن و منگنز، به مقدار بیشتری کلر نسبت به ازن نیاز خواهد بود.

2- در صورت وجود مواد آلی در آب، استفاده از کلر باعث ایجاد برخی مواد شیمیایی جانبی از جمله THM می شود.

3- دستگاه ازن ژنراتور بصورت خودکار تولید ازن را انجام داده و نیازی به اپراتور ندارد. در صورتی که در سیستم های کلرزنی در انواع محتلف نیاز به اپراتور و استفاده از پودر و یا قرص کلر وجود دارد.

حذف آهن

آهن محلول در آب بصورت آهن دوظرفیتی Fe(II) است. آهن محلول پس از اکسیداسیون به صورت آهن سه ظرفیتی Fe(III) در می آید. آهن سه ظرفیتی در مرحله بعد، تبدیل به اکسید آهن Fe(OH)3 می شود که نامحلول بوده و بسادگی با فیلتراسیون فیزیکی قابل جدا شدن از آب خواهد بود. برای اکسیداسیون و تبدیل هر میلیگرم آهن دو ظرفیتی به آهن سه ظرفیتی، 0.43 میلیگرم ازن مورد نیاز است. از آنجائیکه فرآیند اکسیداسیون تنها تبادل یک الکترون است، واکنشی است که به سرعت اتفاق می افتد. در صورت وجود همزمان آهن و منگنز در آب و تزریق ازن، ابتدا ازن صرف اکسیداسیون کل آهن شده و سپس اکسیداسیون منگنز شروع می شود. بهترین بازه pH برای اکسیداسیون مناسب آهن توسط ازن، بازه 6 تا 9 می باشد.

یکی از دیگر از مزایای استفاده از ازن برای حذف آهن از آب چاه، این است که ازن باعث از بین رفتن کامل "باکتری آهن" (Iron Bacteria) در آب می شود. تقریباً در تمامی آبهای چاه حاوی آهن، مقادیری از باکتری آهن نیز وجود دارد. باکتری آهن علیرغم بیماریزا نبودن، باعث تشکیل و رشد تدریجی لایه های بیوفیلم در بستر فیلترها و سیستم های لوله کشی و بروز مشکلاتی در آنها خواهد شد. با استفاده از ازن، این مشکل به کلی مرتفع می شود.

حذف منگنز

منگنز محلول در آب با فرمول شیمیایی Mn(II) پس از اکسید شدن توسط ازن، به دی اکسید منگنز MnO2 تبدیل شده و با توجه به نامحلول بودن آن، توسط فیلتراسیون قابل جداسازی از آب است. در فرآیند اکسیداسیون منگنز، به ازای هر میلیگرم منگنز Mn(II)، حدود 0.88 میلیگرم ازن مورد نیاز است. بهترین pH برای اکسیداسیون مناسب منگنز توسط ازن، حدود 8 می باشد.

در اکسیداسیون منگنز توسط ازن می بایست به یک نکته دقت داشت. اکسیداسیون بیش از اندازه منگنز، موجب تولید یون پرمنگنات (MnO4-) محلول در آب می شود. این ماده براحتی می تواند از فیلتر شنی عبور می کند. هرچند که پس از گذشت مدت زمانی حدود 20 تا 30 دقیقه، یون پرمنگنات مجدداً به دی اکسید منگنز تبدیل می شود، اما بهتر است طراحی و میزان تزریق ازن به نحوی باشد تا حتی الامکان از این پدیده جلوگیری شود.

فیلتراسیون

آهن و منگنز اکسید شده توسط ازن، تبدیل به ذرات نامحلولی در آب می شوند که بخوبی توسط فیلترهای فیزیکی جذب می شوند. از آنجائیکه ذرات اکسید آهن و منگنز به مرور زمان باعث گرفتگی فیلتر می شوند، استفاده از یک دستگاه فیلتر شنی قابل بک واش بعد از تزریق ازن بشدت توصیه می شود.

فیلترهای شنی با توجه به سادگی نگهداری و همچنین طول عمر بالای سیلیس، از پر استفاده ترین تجهیزات در سیستم های حذف آهن و منگنز از آب به شمار می آیند. در جاهائیکه نیاز به تولید آب تصفیه شده با جریان دائم و پیوسته می باشد، می توان از دو فیلتر شنی موازی استفاده کرده و زمان بک واش آنها را طوری تنظیم نمود که همواره یک فیلتر در مدار قرار داشته باشد.

آب خروجی بک واش فیلترهای شنی دارای مقادیر زیادی از آهن و منگنز بوده و در دورریز کردن آن در صورت نیاز می بایست ملاحظات لازم مد نظر قرار گیرد.

طراحی سیستم حذف آهن و منگنز از آب با استفاده از ازن

مهمترین مرحله طراحی سیستم، محاسبه سایز دستگاه ازن ژنراتور است. با توجه به مطالب مطرح شده در بخش "شیمی آب"، این محاسبه بسادگی و بسرعت قابل انجام است. در این مرحله، حجم ازن مورد نیاز برای اکسید کردن آهن و منگنز محاسبه می شود. البته باید به این نکته دقت کرد که ازن تزریق شده به آب، علاه بر آهن و منگنز باعث اکسید شدن سایر فلزات سنگین محلول در آب نیز می شود. اما برای سادگی فرض می کنیم که تنها آهن و منگنز در آب وجود دارد.

همانطور که در بخش شیمی آب اشاره شد، برای اکسید کردن هر ppm آهن، 0.43 میلیگرم ازن و برای اکسید کردن هر ppm منگنز، 0.88 میلیگرم ازن مورد نیاز است.

فرض کنید نمونه ای از آب در اختیار داریم که دارای 3 ppm آهن و 0.5 ppm منگنز بوده و دبی آن 2 متر مکعب بر ساعت باشد. روش محاسبه میزان تزریق مورد نیاز به شرح زیر است:

- ازن مورد نیاز برای اکسید کردن آهن:

3ppm * 0.43 = 1.29ppm

- ازن مورد نیاز برای اکسید کردن منگنز:

0.5ppm * 0.88 = 0.44ppm

- مجموع ازن مورد نیاز:

1.29ppm + 0.44ppm = 1.73ppm

- میزان تزریق مورد نیاز ازن:

1.73ppm * 2m3/hr = 3.46gr/hr

با این روش، میزان تزریق ازن بر حسب گرم بر ساعت برای اکسید کردن آهن و منگنز بسادگی محاسبه می شود. البته بهتر است میزان واقعی تزریق ازن از این مقدار محاسبه شده بیشتر باشد تا عوامل دیگر مانند مشکلات راندمان سیستم و دمای آب نیز در نظر گرفته شده باشد.

نکته: دبی آب مورد استفاده در طراحی سیستم، می بایست دبی آب در زمان پیک مصرف باشد و نه متوسط دبی مصرفی.

نقشه شماتیک نصب سیستم حذف آهن و منگنز بوسیله ازن

ازن ژنراتور ARDA مدل MOG5TP

ازن ژنراتور ARDA مدل MOG5TP جهت ضدعفونی از طریق تزریق ازن به داخل مخزن آب، مجهز به تایمر و کمپرسور هوای داخلی

مشاهده مشخصات