تصفيه و گندزدايي الکترونیکی

یوسف سلیم پور

بخش مهندسي الكترونيك و كنترل در حرارت و برودت

شركت فرا الكتريك

چکیده

تصفیه آب به روش يون سازي يكي از شیوه های نوین جهت حذف میکروارگانیزمهای موجود در آب مانند ميكروبها ، ویروسها و باکتري ها است. هرچند خاصیت ميكروب زدایی فلزاتی چون نقره و مس از زمانهای قدیم بر انسانها پوشیده نبوده است ولی از ظهور اولین سیستمهای تجاری تا کنون زمان زیادی نمیگذرد. این روشها برای اولین بار توسط موسسات تحقیقاتی فضایی بعنوان روشی جهت جایگزینی کلر در تصفیه آب استفاده شده ولی به مرور زمان و با توجه به مزایای فراوانی که نسبت به روشهای معمول گند زدایی در این تکنولوژی وجود دارد، جایگاه مناسبی در بازار تجاری برای آن لحاظ شده و به سرعت در حال گسترش میباشد.

هم اکنون از کلر به عنوان ماده ضدعفونی کننده استفاده میشود که این ماده علاوه بر مضر بودن برای سلامتی انسان توانایی حذف همه ميكرو ارگانیزم ها را دارا نمی باشد. به عنوان مثال کلر بر روی ویروسها تقریباً هیچ اثری ندارد .

لذا استفاده از روشی که اولاً توانایی حذف تمامی ميكرو ارگانيزم ها از جمله ميكروبها، باکتري ها و ویروسها را دارا باشد و ثانیاً کم ترين ضرر را برای سلامتي انسان داشته باشد و ثالثاً بتوان آنرا به آسانی راه اندازی و نگهداری نمود قاعدتاً متد نوین و برتری خواهد بود  به نظر میرسد روش تصفیه الکترونیکی آب علاوه بر دارا بودن محاسن کلر از برتری هاي چون حذف تمامی ميكرو ارگانيزم ها، سازگاری با محیط زیست، نصب و راه اندازی و نگهداری آسان، کنترل دقیق عملكرد و هزینه های اقتصادی کم تر نصبت به روشهای معمول نیز برخوردار است.

در این مقاله ابتدا به مبانی عملكرد روش آیونایزر اشاره شده سپس مزایای آن با معمول تر ين روش مقابله با میکروارگانیزمها در آّب یعنی کلر مقایسه میشود که این بررسی از جهات مختلف مانند میزان ميكروب زدایی، تاثير آن بر انسان، دقت عملكرد میباشد.

مقدمه

انسان از دیر باز با مشكل آلودگی آب روبرو بوده است. بنا به اسناد تاریخی یونانیان باستان برای نخستین بار به خاصیت گندزدایی مس پی بردند. مصریان نیز آب مصرفی خود را برای مدت طولانی در ظرف های نقره نگهداری ميكردند و یا در میان قشر فقیر با قرار دادن سکه های نقره در داخل ظرف حاوی آب شرب از فساد آن جلوگیری ميكردند که این امر حاکي از آشنایی انسان با خاصیت پاک کنندگی مس و نقره است.

امروزه مس به عنوان بهترین نابود کننده جلبك و خزه شناخته شده است. از اکسید مس و سولفات مس در صنعت به عنوان ضد خزه و نابود کننده قارچ استفاده ميشود. با اضافه کردن مس به رنگ و محافظ چوب، خاصیت ضد قارچ و ضد خزه به آن داده میشود.

استفاده از خاصیت ضد عفونی  نقره نیز بسیار متداول است معمولا  از سکه های نقره ای برای جلوگیری از فساد شیر استفاده میشود. فلز نقره به عنوان يك ضد باکتری قوی در افرادی که در معرض سوختگی قرار گرفته اند استفاده میشود و چند قطره از محلول نیترات آن میتواند از چشم نوزادان در مقابل اثرات عفونت ناشی از بیماری سوزاک جلوگیری کند.

هرچند این تکنولوژي برای اولین بار توسط NASA در صفینه فضایی آپولو بکار رفت ولی در حال حاضر اين تصفیه کننده ها در نیمی از خطوط هوایی جهان استفاده میشوند و اکثر کشتی های مسافر بری به این سیستم مجهز هستند.

گندزدایی و تصفیه الکترونیکی آب

هنگامی که یونهای نقره و مس در آب آزاد میشوند تبدیل به ذرات کاتیونی میشوند که نقش يك ویروس کش و ميكروب کش قوی با قابلیت نابودی فراوان را بازی ميكنند. عمل گند زدایی زمانی اغاز میشود که سطح خارجی میکرو ارگانیزمها که ذاتاً دارای بار منفی هستند بعلت پدیده الکترواستاتیکی توسط یونهای مس و نقره محاصره ميشوند. اين فرایند مانع از ادامه فعالیت زیستی ميکرو بها، باکتري ها و ویروسها شده و به تدریج آنها را از بین میبرد.

در عمل برای ایجاد فرایند یونیزاسیون از الكترودهايي استفاده میشود که از ترکیب نقره و مس ساخته شده اند. با قرار گرفتن این الكترود ها در مسیر حرکت آب و ایجاد اختلاف پتانسیل در دو سر الكترود، جریان بسیار کمی از میان دو الكترود عبور ميكند که این پدیده موجب جدا شدن یونها از الكترود و افزوده شدن آن به آب است در صورت تداوم این عمل میتوان با کنترل مقدار جریان عبوری از الكترود ها میزان یونهای مس و نقره را در آب کنترل نمود البته باید توجه نمود که میزان یونها نباید از سطوح استاندارد برای آب شرب افزایش پیدا کند.

بنا به استاندارد موسسه(EPA) مقدار مس مجاز در آب 3/1 ذره در میلیون و مقدار نقره مجاز یکدهم مقدار مس یعنی 100 ذره در میلیارد است برای تنظیم سطوح یونهای مس و نقره در آب باید میزان آنها در آب را بصورت الکترونیکی یا شیمیایی اندازه گیری شود.

معمولاً نسبت بین یونهای مس و نقره در کاربردهای مختلف متفاوت است ولی عموماً به صورت يك به ده در نظر گرفته میشود. ترتیب نسبت الكترود ها به گونه ای است که اولاً آب از میان آن عبور ميكند ثانیاً در صورت لزوم تمیز شده یا تعویض گردد. با عبور آب از میان الكترود ها و با برقراری جریان الکتریکی سطحی ترين لایه الكترود به صورت یون مثبت آزاد شده و در آب رها میشود. در صورتيكه این یون با باکتری ها، ویروسها و ميكروبها برخورد کند به علت نیروی الكترو مغناطیسی جذب آنها میشود و با محاصره کامل آنها فرایند گند زدایی کامل میشود.

معمولاً خزه ها و جلبك ها توسط یونهای مس از بین میروند و باکتریها و ویروسها توسط  یون نقره از بین میروند.

معمولاً میزان جریان توسط يك سیستم الکترونیکی کنترل میشود که توسط آن میتوان با توجه به مشخصات آب تحت فرایند، مانند میزان ناخالصی و هدایت آب مقدار جریان را تنظیم نمود که این اطلاعات در قسمت کنترل ثبت و نمایش داده میشود. همچنین در صورت قطع جریان آب نیز باید الكترود ها از مدار خارج شوند. با توجه به اين که یون ایجاد شده در آب خارجی ترین سطح الكترود ها است و با توجه به اين که جریان الکتریکی از آند به سمت کاتد هدایت میشود لذا پیش بینی میشود که يكي از الكترود ها سریعتر از دیگری تحلیل میرود برای جلوگیری از این فرایند قسمت کنترل با ترتیب خاص محل الكترودهاي مثبت  و منفی را تعویض ميكند تا ميزان  تحلیل هر دو به يك صورت انجام شود.

مزایای گند زدایی الکترونیکی آب

از مهمترین مزایای این روش حذف کامل ویروس، باکتری وخزه و جلبک به شکل همزمان است که این اهداف با هیچ یک از روشهای کنونی قابل اجرا نمی باشد.

همانطور که اشاره شد با آزاد سازی یونهای مس و نقره در آب به علت مثبت بودن بار الکتریکی این یونها و همچنین پلاریته منفی غشاء سلولي میکرو ارگانیزم های موجود در آب توسط یونهای مثبت احاطه میشوند که این امر از روند طبیعی جریان حیات این سلولها جلوگیری کرده باعث از بین رفتن ان ها میشود. در مورد جلبكها و خزه ها نیز یونهای مس و نقره به امینو اسيدهاي حاوي گوگرد در پروتئینهای لازم در فرایند فتو سنتز هجوم برده باعث اختلال در این فرایند شده و مرگ زود هنگام سلولهای خزه و جلبك را باعث میشود.

يكي دیگر از مزایای گند زدایی به روش الکترونیکی خاصیت ماندگاری اثر ضد عفونی است که تقریباً هیچ يك از روشهای معمول چنین خاصیتی ندارد.

کاربرد های گند زدایی الکترونیکی

این روش تقریباً در تمامی مواردی که از کلر استفاده میشود قابل جایگزینی است ، با این تفاوت که قابلیت حذف ویروسها نیز به آن اضافه میشود زیرا در روش کلر زنی ویروسها حذف نمی شوند پس در استخر ها بهتر است از روش گند زدایی الکترونیکی استفاده شود زيرا تمام مزایای کلر زنی را دارد ولی مضران کلر از جمله : سمی بودن حساسیت ارگانهاي بدن انسان مانند پوست و چشم به آن ، بوی بد و نگهداری دشوار ان ، کنترل میزان آن در آب و… را ندارد .

در صنعت هر جا نیاز به حذف جلبك و خزه و يا باکتری و ویروس باشد مانند سیستم توزیع و نگهداری آب ، سیستم های موتورخانه ای بخصوص بویلر ها ، چیلر ها و از همه مهمتر برجهای خنک کن که مشكل خزه و جلبك در آنها حاد است به راحتی قابل استفاده است .در آب و فاضلاب از آن میتوان به عنوان يك ضد عفونی کننده بسیار قوی استفاده کرد که کاربرد زیادی در روشهای پیش تصفیه آب دارد از انواع کوچک و کم هزینه ان میتوان به عنوان يك ميكروب زدا استفاده کرد.

همچنین از این روش میتوان به عنوان يك راه حل مناسب برای پس آبهای صنعتی و حذف میکرو ارگانیزمها ی ناشی از آن  و حفاظت مخزنی در شرایطی که دسترسی به آب پاک به صورت مستمر وجود ندارد ، استفاده کرد که لزوم آن در آبهای بیمارستانی و رستوران های جاده ای بیش از پیش حس میشود و تقریباً تنها روش مقابله با آلودگی ناشی از آن است .

با آزاد شدن یونها در آب و تکمیل فرایند گند زدایی ، سیستم الکترونیکی همچنان به تولید یونهای تازه و ارسال آن به آب ادامه میدهد که این امر باعث ماندگاری عمل گند زدایی است از دیگر مزایای این روش میتوان به نگهداری آسان ، فاقد هر گونه ضرر برای سلامت انسان و عدم استفاده از سموم و آسانی نصب و راه اندازی و سهولت استفاده از آن در تمامی کاربرد ها و مصارف صنعتی ، تجاری ومسکونی اشاره کرد