میکروارگانیسم ها موجودات زنده میکروسکوپی هستند که در نقاط مختلف زمین از جمله آب وجود داشته و زندگی می کنند. میکروارگانیسم ها هم بصورت طبیعی ممکن است در منابع آبی یافت شوند و هم به دلیل مداخلات انسانی مانند ورود فاضلاب انسانی و حیوانی به این منابع راه یابند.
برخی از انواع میکروارگانیسم ها ممکن است برای سلامتی انسان ضرر داشته باشند که اصطلاحاً به این گروه میکروارگانیسم ها، "بیماریزا" (Pathogen) گفته می شود. مصرف آب حاوی این نوع میکروارگانیسم ها بدون انجام عملیات تصفیه مناسب می تواند منجر به مشکلات و بیماری هایی مانند اسهال و موارد دیگر شود.
میکروارگانیسم های بیماریزا معمولاً به سه دسته کلی زیر قابل تقسیم هستند:
- باکتری ها (Bacteria): مانند "اشرشیا کلیفرم (E. coli)" و "وبا"
- ویروس ها (Viruses): مانند "هپاتیت A" و "فلج"
- انگل ها (Protozoa): مانند "کریپتوسپوریدیوم" و "ژیاردیا"
روش ها و سیستم های مختلفی برای ضدعفونی و از بین بردن میکروارگانیسم های موجود در آب (اعم از باکتری، ویروس، انگل و قارچ) وجود دارند که هر کدام از آنها دارای مزایا و معایب خاص خود می باشد.در این مقاله به معرفی سه روش متداول ضدعفونی آب پرداخته می شود:
- ضدعفونی آب با کلر
- ضدعفونی آب با اشعه ماوراء بنفش
- ضدعفونی آب با ازن
با توجه به روش های فوق الذکر، شرکت آب فناور دستگاه های زیر را برای ضدعفونی آب ارائه می نماید:
کلر یک ماده ضدعفونی کننده قوی است که می تواند باعث از بین رفتن و یا غیر فعال کردن میکروارگانیسم های بیماریزای فوق شود. فرآیند کلرزنی، به معنی اضافه کردن کلر به آب آشامیدنی جهت از بین بردن و یا غیرفعال کردن میکروارگانیسم ها از جمله میکروارگانیسم های بیماریزا است. هرچند، کلر یک ماده ضدعفونی کننده قوی است، اما قادر به از بین بردن تمامی میکروارگانیسم های بیماریزا نمی باشد.
بصورت کلی می توان گفت که کلر در برابر باکتری ها بیشتری اثربخشی را دارد. اما در برابر برخی انواع ویروس ها کم تر اثربخش بوده و در برابر برخی از انواع انگل ها نیز اثربخشی بسیار ناچیزی دارد. میران اثربخشی کلر در برابر سه دسته اصلی میکروارگانیسم ها را می توان در قالب شکل زیر نشان داد:
سیستم تزریق کلر که با نامهای مختلفی مانند پکیج تزریق کلر یا کلریناتور شناخته می شوند، دستگاه هایی هستند که با استفاده از پمپ تزریق و محلول آماده پودر کلر و یا کلر مایع، این مواد را با میزانی مشخص و یکنواخت و بصورت مستمر در مسیر جریان آب تزریق می کنند.
استفاده از سیستم تزریق کلر در تصفیه آب چاه معمولاً با اهداف زیر صورت می گیرد:
- ضدعفونی آب و از بین بردن میکروب ها، باکتری ها و انگل ها
- اکسیداسیون و جداسازی آهن، منگنز و سولفید هیدروژن از آب
- از بین بردن بوی بد آب
جهت انجام کامل اکسیداسیون و ضدعفونی، لازمست آب پس از تزریق کلر مدت زمانی مشخص در یک مخزن باقی بماند. حداقل زمان مورد نیاز بستگی به غلظت محلول دارد. اما حداقل 15 تا 20 دقیقه زمان ماند برای انجام ضدعفونی با محلول 5 تا 10 درصد کلر لازمست. با توجه به دبی آب و این زمان ماند لازم، می توان حجم مخزن مورد نیاز را بسادگی محاسبه نمود.
نکته: با توجه به مشکلات ناشی از وجود کلر زیاد در آب، نصب یک فیلتر حاوی کربن فعال پس از تزریق، جهت حذف کلر اضافه آب الزامی است.
نکته: در صورت وجود فلزات محلول (مانند آهن و منگنز) در آب و با توجه به اکسید شدن آنها پس از تزریق کلر، بعد از تزریق کلر و قبل از فیلتر کربنی، نصب یک فیلتر شنی یا فیلتر مولتی مدیا جهت جداسازی ذرات اکسید فلز ضروری خواهد بود.
شکل شماتیک نصب یک سیستم کامل تزریق کلر را می توانید در شکل زیر ملاحظه کنید:
اشعه ماوراء بنفش (UV)، بخشی از طیف نوری است که توسط خورشید تولید و به سمت زمین گسیل می شود. طیف اشعه ماوراء بنفش، دارای فرکانس بالاتر از نور مرئی و پائین تر از اشعه ایکس می باشد. طول موج اشعه ماوراء بنفش بصورت کلی در ناحیه بین 100 نانومتر و 400 نانومتر قرار می گیرد. این بخش نیز به سه ناحیه تقسیم می شود:
- UV-A : بین 320 تا 400 نانومتر
- UV-B : بین 290 تا 320 نانومتر
- UV-C : بین 220 تا 290 نانومتر
طول موج نور اشعه ماوراء بنفش به چندین بازه تقسیم می شود که عبارتند از UVA، UVB و UVC. طول موج UVB باعث ایجاد سوختگی در پوست انسان می شود. اما طول موج UVC طول موجی است که در آن باکتری ها از بین رفته و لذا از این طول موج در لامپ های یو وی ضدعفونی آب استفاده می شود. طول موج UVC باعث تخریب پیوند مولکولی DNA میکروارگانیسم ها شده و با تشکیل پیوند مولکولی جدید، امکان رشد و تکثیر آنها گرفته شده و عملاً باکتری ها و ویروس ها از بین می روند.
اشعه ماوراء بنفش ناحیه UV-C، دارای خاصیت میکروب کشی بسیار بالایی است. اما متأسفانه این بخش از نور بعد از ارسال از سمت خورشید، در اتمسفر زمین جذب شده و به سطح زمین نمی رسد. بنابراین، برای استفاده از خواص آن لازمست تا بصورت مصنوعی و توسط لامپهای UV تولید شود.
اساس کار دستگاه یو وی، در معرض قرار دادن دیواره سلولهای میکروارگانیسم ها با نور شدید ماوراء بنفش است. این کار باعث تخریب ماده ژنتیک میکروب شده و از رشد و تکثیر آن جلوگیری می کند. عملاً این اتفاق به مثابه سوخته شدن شدید میکروارگانیسم و عدم امکان رشد آن می شود. نور اشعه ماوراء بنفش، روی DNA سلولهای میکروارگانیسم ها اثر گذاشته و باعث غیرفعالسازی و عدم تکثیر آنها می شود. بنابراین، باید توجه داشت که اشعه ماوراء بنفش، میکروب ها را از آب حذف نمی کند. بلکه با ایجاد تغییر در DNA، آنها را غیرفعال کرده و به این ترتیب خطر آنها برای بدن را از بین می برد. لذا استفاده از دستگاه یو وی برای ضدعفونی آب به دلیل عدم اضافه کردن هیچگونه مواد شیمیایی در داخل آب، گزینه ای مناسب بشمار می رود که البته انتخاب و استفاده صحیح از آن نیازمند ملاحظاتی می باشد.
دستگاه های ضدعفونی کننده آب با اشعه ماوراء بنفش (UV) معمولآً از چند بخش اصلی تشکیل شده اند:
1- اتصالات آب ورودی و خروجی تعبیه شده روی بدنه دستگاه
2- بدنه دستگاه که عمدتاً از جنس استنلس استیل است تا ضمن بازتابش نور، عملکرد دستگاه در بهترین حالت قرار داشته باشد.
3- لامپ یو وی
4- شیشه کوارتز به همراه دو عدد اورینگ که به عنوان محافظ لامپ بوده و آب در داخل بدنه و در اطراف آن جریان پیدا می کند.
5- درپوش دستگاه جهت باز و بسته کردن در زمان تعویض لامپ و یا شیشه کوارتز در دو سمت دستگاه
6- پایه های نگهدارنده بصورت نصب شده روی دستگاه و یا جداگانه
7- ترانس و بالاست تنظیم کننده جریان برق و چراغ نمایشگر وضعیت کارکرد لامپ
8- تابلوی کنترلی و تایمر (در صورت درخواست مشتری) جهت مشخص بودن وضعیت کارکرد دستگاه و مدت زمان باقیمانده عمر لامپ یو وی
استفاده از دستگاه اشعه ماوراء بنفش (UV) برای ضدعفونی آب نسبت به روش های قدیمی تر مانند کلرزنی دارای مزیت های مهمی است که از جمله آنها می توان به موارد زیر اشاره نمود:
- اثربخشی بالا: در صورت انتخاب نوع و سایز مناسب دستگاه یووی، تقریباً تمامی میکروارگانیسم های موجود در آب از بین می روند.
- هزینه عملیاتی پایین: دستگاه های یو وی تنها با برق کار کرده و لامپ های دستگاه تنها (حداکثر) یکبار در سال تعویض می شوند.
- ایمنی و بهداشت بالا: دستگاه یو وی هیچگونه مواد شیمیایی به آب اضافه نمی کند. بنابراین نگرانی بابت تزریق زیاد، ترکیبات جانبی مضر و یا ایجاد خورندگی که در ضدعفونی با کلر و یا ازن وجود دارد، در استفاده از این دستگاه وجود ندارد.
- نصب و عملکرد آسان: نصب دستگاه های یو وی ساده بوده و عملکرد آنها بصورت اتوماتیک است. با در نظر داشتن شرایط پیش تصفیه مناسب، دستگاه یو وی بصورت خودکار در مدار قرار گرفته و نیازی به اپراتور نخواهد داشت.
شکل شماتیک نصب یک سیستم ضدعفونی آب با اشعه ماوراء بنفش (UV) را می توانید در شکل زیر ملاحظه کنید:
استفاده از گاز ازن و دستگاه ازن ژنراتور برای ضدعفونی آب و از بین بردن باکتری ها، ویروس ها و همچنین حذف آهن و منگنز از آب روز به روز بیشتر مورد استفاده قرار گرفته و به دلیل قدرت بیشتر اکسیداسیون ازن نسبت به کلر و نگهداری و بهر برداری ساده تر، مورد استقبال گسترده ای قرار گرفته است.
مدت زمان مورد نیاز برای ضدعفونی و اکسیداسیون مواد در آب توسط ازن نسبت به کلر با غلظت تزریق مشابه، حدود 1/6 است که این سرعت بالا، یک مزیت مهم در استفاده از ازن بجای کلر محسوب می شود. البته سرعت اکسیداسیون به عواملی مانند دما و pH آب نیز بستگی دارد.
ازن گازی بسیار ناپایدار بوده و پس از گذشت چند دقیقه (نهایتاً 30 دقیقه) تجزیه شده و از بین می رود. البته سرعت تجزیه ازن نیز به عواملی مانند شیمی آب، دما و pH بستگی دارد.
نکته: در صورت وجود فلزات محلول (مانند آهن و منگنز) در آب و با توجه به اکسید شدن آنها پس از تزریق ازن، نصب یک فیلتر شنی یا فیلتر مولتی مدیا جهت جداسازی ذرات اکسید فلز ضروری خواهد بود.
شمای یک سیستم کامل تزریق ازن توسط دیفیوزر را می توانید در شکل زیر ملاحظه کنید:
