ضدعفونی آب با گاز ازن

گاز ازن چیست؟
گاز ازن در واقع عنصر ناپايدار سه اتمي اكسيژن می باشد كه در طبيعت به هنگام ايجاد رعد و برق در هوا و يا از طريق پرتو ماورای بنفش (U.V) خورشيد از اكسيژن موجود در هوا ايجاد می گردد. علامت شيميائی گاز ازن O3 می باشد و فرايند شيميائی توليد ازن را به این صورت می توان نمايش داد:                      O2 + O → O3

اين گاز با توجه به يك اتم اضافی موجود در تركيب خود، خاصيت ورود سريع در واكنشهای شيميايی (اكسيداسيون) را دارا می باشد و از جمله اكسيدكننده هاي قوی بشمار مي رود. با توجه به این که ازن پایدار نبوده و نیمه عمر کوتاهی (در حدود 30 دقیقه) دارد، نمی توان آن را انبار کرد و باید در محل تولید شود. در صنعت گاز ازن از واكنش و فرايند تخليه الكتريكی بين دو الكترود كه توسط يك ماده دی الكتريك (Dielectric) جدا شده اند، بدست می آيد. ولتاژ مورد نياز براي ايجاد تخليه الكتريكي بين دو الكترود بستگي به مدل و ميزان توليد گاز ازن بين 5000 الي 10،000 ولت متغير می باشد. لازم به ذکر است که ازن بوی مشخص و تندی دارد و هنگامی که در غلظت های 0.02 تا 0.05 و یا بیشتر در محیط باشد، توسط بینی انسان قابل تشخیص است.

گاز ازن

تاریخچه گاز ازن
گاز ازن احتمالا برای اولین بار توسط یک دانشمند هلندی به نام Van Marumدر سال 1783 کشف شد، او در توصیف آزمایشات خود از حضور بوی مشخصی یاد کرد. با این حال ازن دهه ها بعد و در سال 1840 مطابق یادداشت هایی که از Schönbein که در دانشگاه München ارایه شد، به ثبت رسید. Schönbein به حضور همان بوی مشخصی در آزمایشات خود اشاره کرد که Van Marum تلاش در کشف آن داشت. او این گاز را ازن (ozone) نامید که از کلمه یونانی ozein که به معنای بو است، استخراج شده بود. به طور کلی، کشف ازن به Schönbein نسبت داده می شود. علاوه بر این، از او به عنوان اولین کسی که در مورد مکانیسم واکنش ازن و مواد آلی تحقیق کرده است، یاد می شود.
بعد از سال 1840 تحقیقات زیادی در زمینه استفاده از ازن به عنوان ضدعفونی کننده انجام شد. اولین دستگاه ازن ژنراتور در سال 1857 توسط Siemens طراحی و ساخته شد. اولین کارخانه اختصاصی برای تولید تجهیزات ازن  با نام  'Compagnie des Eaux et de l’Ozone' توسط شیمی دان فرانسوی به نام Paul Otto ایجاد شد. برای اولین بار در سال 1893 در Oudshoorn هلند از ازن برای گندزدایی آب در مقیاس تجاری استفاده شد؛ سپس در سال 1906 در Nice فرانسه از یک سیستم ازن ازنی در فرایند تصفیه آب به صورت پیوسته استفاده گردید، به همین دلیل Nice به عنوان محل تولد استفاده از گاز ازن در تصفیه آب شناخته می شود. همچنین در این سال، برای حذف طعم و بو آب، در NewYork آمریکا از سیستم ازن زنی استفاده گردید.
امروزه برای گندزدایی آب استفاده از کلر نسبت به ازن ترجیح داده می شود. البته در دهه های اخیر با توجه به کشف تری هالومتان ها (THM) به عنوان محصول جانبی و خطرناک گندزدایی با کلر، استفاده از ازن به شدت مورد توجه قرار گرفته است. علاوه بر این میکروآلاینده های موجود در آب های سطحی با استفاده از  ازن سریع تر از کلر و ترکیبات کلر اکسید می شوند. همچنین ازن قادر است میکروارگانیسم هایی که در مقابل ضدعفونی کننده ها مقاومت می کنند مانند Cryptosporidium را غیر فعال کند. 

اصول کلی تولید گاز ازن
ازن هم به صورت طبیعی در محیط تولید می شود و هم می توان آن را به صورت تجاری و با استفاده از ازن ژنراتورها تولید کرد. تابش نور فرابنفش (UV) خورشید، تخلیه الکتریکی و همچنین آلودگی هایی مثل NOx می توانند به صورت طبیعی و ناخواسته ازن تولید کنند. برای تولید تجاری ازن نیز می توان از ازن ژنراتورهای مختلف مانند ازن ژنراتور دارای لامپ UV، ازن ژنراتور تخلیه الکتریکی یا Corona Discharge و یا ازن ژنراتورهای الکترولیتی استفاده کرد. در ادامه توضیحاتی در رابطه با تولید ازن با هر یک از روش های ذکر شده ارایه می شود.

تولید طبیعی ازن از نور فرابنفش (UV) خورشید 
لایه ازن شناخته شده ترین جایی است که می توان در آن ازن پیدا کرد. نور UV می تواند در طول موج های کمتر از 240 نانومتر اکسیژن اتمسفری را به ازن تبدیل کند. همچنین همین نور UV در طول موج های بین 200 تا 315 نانومتر باعث شکست ازن و تبدیل آن به O و O2 می شود. بنابراین لایه ازن می تواند به خوبی طول موج های 100 تا 315 نانومتر که طول موج های خطرناک نور UV هستند را فیلتر کند و از مشکلاتی نظیر آفتاب سوختگی در انسان ها جلوگیری کند. 

تولید ازن از نور فرابنفش خورشید

تولید طبیعی ازن از طریق تخلیه الکتریکی
ازن از طریق تخلیه الکتریکی همانند جرقه تولید می شود. هنگامی که تخلیه الکتریکی در نزدیکی مولکول اکسیژن (O2) موجود در هوای محیط رخ دهد، این مولکول به اکسیژن اتمی (O) تقسیم می شود. این اتم های اکسیژن به سرعت به یک مولکول اکسیژن دیگر (O2) متصل می شوند و ازن (O3) تشکیل می دهند. همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، رعد و برق یکی از مرسوم ترین و بزرگ ترین تولید کننده های ازن است که می تواند از اکسیژن اتمسفری، در مقادیر زیاد ازن تولید کند.

تولید ازن از طریق تخلیه الکتریکی

تولید ناخواسته ازن از طریق دود
در اثر سوختن هیدروکربن ها، آلودگی هایی نظیر NO2 تولید و وارد هوا می شود. از طریق واکنش شیمیایی بین نور UV خورشید و آلودگی های NOx و ترکیبات آلی فرار (VOC's)  ازن به طور غیرمستقیم تولید می شود. برخلاف تولید طبیعی یا تجاری ازن، هنگامی که ازن از دود ایجاد می شود، به سختی شکسته می شود و این خود باعث افزایش تدریجی سطح ازن در محیط زیست می شود که خطرناک است. 

تولید ازن از طریق دود

 

تولید تجاری ازن با استفاده از ازن ژنراتور دارای نور UV
با استفاده از یک ازن ژنراتور که دارای لامپ UV است، می توان به صورت تجاری گاز ازن تولید کرد. در طول موج های کمتر از 240 نانومتر نور UV ازن تولید می شود؛ درحالی که در طول موج 185 نانومتر تولید ازن به حداکثر مقدار خود می رسد. با استفاده از نورهای ماورابنفش تنظیم شده برای طول موج 185 نانومتر می توان از هوا نیز گاز ازن تولید کرد.
از مزایای استفاده از دستگاه های تولیدکننده های گاز ازن دارای لامپ UV می توان به ساختار ساده، هزینه کم و تولید کمتر نیتریک اکسید اشاره کرد. خروجی کم ازن، غلظت پایین ازن (کمتر از 1 درصد وزنی) و نیاز به تعویض لامپ ها نیز از معایب این ازن ژنراتورها می باشند. 

تولید ازن با استفاده از ازن ژنراتور دارای نور UV

تولید تجاری ازن با استفاده از ازن ژنراتورهای تخلیه الکتریکی
مرسوم ترین روش جهت تولید تجاری و صنعتی ازن استفاده از تخلیه الکتریکی یا Corona Discharge می باشد. Corona Discharge یک جرقه پخش شده از طریق دی الکتریک است که برای رسیدن به راندمان بالا، تخلیه الکتریکی را در یک منطقه بزرگ پخش می کند. انواع و مدل های مختلفی از ازن ژنراتورهای Corona Discharge وجود دارد. این دستگاه ها اسامی متفاوتی ممکن است داشته باشند اما اصول کلی آنها مشابه یکدیگر است و همه ی آنها دارای اجزای زیر می باشند:
یک سلول کرونا (Corona Cell) از یک دي الكتريك (Dielectric) استفاده می کند که می تواند به صورت صفحه تخت یا مخروطی و از جنس های شیشه، سرامیک و یا کوارتز باشد. اجزای دیگر آن شامل یک ترانسفورماتور ولتاژ بالا برای افزایش ولتاژ تخلیه الکتریکی، منبع تغذیه برای تنظیم جریان ترانسفورماتور، دستگاه های 60 هرتزی که فقط ولتاژ ترانسفورماتور را تنظیم می کنند و یا دستگاه های فرکانس بالا (بیشتر از 60 هرتز) که فرکانس و یا ولتاژ ترانسفورماتور را تنظیم می کنند؛ هستند. 
از مزایای ازن ژنراتورهای Corona Dischrge می توان به قابلیت استفاده در مقیاس های متنوع، امکان تولید ازن در مقادیر زیاد، تولید ازن در غلظت های متوسط تا بالا (تا حداکثر 30 درصد وزنی)، مقرون به صرفه برای استفاده های طولانی مدت و نیاز کم به تعمیر و نگهداری اشاره کرد. هزینه اولیه بالا، نیاز به از بین بردن گرمای اضافه برای عملکرد کارآمد و همچنین نیاز به گاز ورودی (اکسیژن/هوا) تمیز و خشک برای دستیابی به عملکرد قابل اطمینان نیز از معایب این دستگاه های ازن ساز  می باشند. در صورتی که ورودی این دستگاه ازن ساز هوا یا اکسیژن باشد، انرژی مصرفی به ترتیب 20 و 10 کیلو وات ساعت بر کیلوگرم می شود.

تولید ازن با استفاده از ازن ژنرتورهای تخلیه الکتریکی

تولید ازن با استفاده از ازن ژنراتورهای الکترولیتی
با استفاده از ازن ژنراتورهای الکترولیتی می توان به صورت مستقیم در آب ازن تولید کرد. مهم ترین مزیت این دستگاه مولد گاز ازن، عدم نیاز به تجهیزات برای حل شدن گاز ازن در آب است. این دستگاه از تخلیه الکتریکی استفاده می کند تا مولکول های آب را بشکند و به H2 و O2 تبدیل کند. O2 نیز می تواند شکسته شود و به O تبدیل شود و سپس با ترکیب شدن باO2، گاز O3 را ایجاد کند. بنابراین برای انجام این فرایند نیاز است که اکسیژن از هیدروژن دور نگه داشته شود تا از طریق تخلیه الکتریکی، به ازن تبدیل شود. عمده کار از طریق کاتالیست انجام می شود و آندها و کاتدها باعث بهبود راندمان می شوند. البته لازم به ذکر است که این روش تنها برای آب های فوق خالص کاربرد دارد و از نظر مصرف انرژی به صرفه نمی باشد. همچنین آند و کاتدهای مورد استفاده برای تخلیه الکتریکی عمر کوتاهی دارند و باید تعویض شوند.

تولید ازن با استفاده از ازن ژنراتورهای الکترولیتی

محاسن استفاده از گاز ازن
از محاسن گاز ازن می توان به موارد زیر اشاره کرد:
• عدم نیاز به نگهداری مواد خطرناک به علت تولید در محل ازن
• استفاده راحت و امن
• از بین بردن تعداد وسیعی از باکتری ها 3000 برابر سریع تر از کلر
• از بین بردن بوی بد و مزه
• عدم تولید محصول جانبی هنگام تبدیل شدن به اکسیژن
• قابلیت تشخیص راحت توسط شامه انسان
• قابلیت ضدعفونی کردن بالا حتی در غلظت های کم
• هزینه های پایین نگهداری
• عدم نیاز به سایر مواد ضدعفونی کننده
• توانایی بالا در حذف بیوفیلم ها
• افزایش راندمان تبادل کننده های گرمایی به علت کاهش تشکیل بیوفیلم
• کاهش خوردگی در سیستم ها به علت عدم حضور ترکیبات کلر دار
• عملکرد خوب در گستره وسیعی از pH
• دارای تاییدیه FDA برای تماس مستقیم با مواد غذایی

معایب استفاده از گاز ازن
از معایب استفاده از گاز ازن می توان به موارد زیر اشاره کرد:
• ضدعفونی کردن با ازن در مقایسه با کلر یا اشعه یو-وی نسبتا پیچیده تر است و به تجهیزات پیچیده تری نیاز دارد.
• غلظت کم ازن ممکن است نتواند که بعضی از ویروس ها و قارچ ها را به طور موثری از بین ببرد.
• ازن برای تصفیه فاضلاب هایی با مقادیر زیاد ذرات معلق (SS)، اکسیژن خواهی بیولوژیکی (BOD) یا کل کربن آلی (TOC) اقتصادی نیست.
• هزینه تصفیه با ازن (هزینه اولیه و هزینه برق مصرفی) نسبتا بالا است.
• ازن به شدت تحریک کننده و ممکن است سمی باشد، بنابراین ازن اضافی از تانک تماس باید از بین برده شود.
 

کاربردهای گاز ازن
ازن کاربرد های بسیار زیادی دارد که از جمله ی آنها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

تصفیه آب آشامیدنی
پس از کشف ازن، با توجه به خاصیت اکسیدکنندگی و ضدعفونی کنندگی آن، به طور گسترده در تصفیه آب آشامیدنی مورد استفاده قرار گرفت. در چندین مرحله از فرایند تصفیه آب مانند پیش اکسیداسیون، اکسیداسیون میانی و گندزدایی می توان از ازن استفاده کرد. عموما پیشنهاد می شود که از ازن در پیش اکسیداسیون (قبل از فیلتر شنی یا فیلتر کربن فعال) استفاده شود زیرا پس از اکسیداسیون این فیلترها می توانند باقی مواد آلی را از بین ببرند. بدین ترتیب این ترکیب کردن، محاسن زیادی دارد که از جمله ی آنها می توان به موارد زیر اشاره کرد:
• از بین بردن و حذف ترکیبات آلی و غیرآلی
• از بین بردن و حذف ریز آلاینده ها مثل آفت کش ها
• بهبود فرایند انقعاد و لخته سازی
• بهبود ضدعفونی کردن و کاهش محصولات جانبی فرایند گندزدایی
• حذف طعم و بوی نامطلوب آب 

کاربرد گاز ازن در تصفیه آب آشامیدنی

ضدعفونی کردن استخرها
با توجه به خاصیت ضدعفونی کنندگی ازن می توان از آن به جای مواد شیمیایی مثل کلر و برم برای ضدعفونی کردن استخرهای شنا استفاده کرد و استفاده از آن از تولید محصولات جانبی مانند تری هالومتان ها جلوگیری می کند؛ آب ضدعفونی شده با ازن شفاف تر و تمیز است و باعث کاهش بروز مشکلات تنفسی و قرمزی چشم ها می شود. همچنین با توجه به این که هنگام استفاده از ازن به جایگزینی کمتری از آب تازه نیاز است، تاثیر به سزایی در کاهش هزینه های گرمایش دارد. 

برج های خنک کننده
ازن یکی از ضدعفونی کننده های قوی و جایگزین مناسبی برای بیوسایدهای شیمیایی مورد استفاده در برج های خنک کننده می باشد. استفاده از ازن در برج های خنک کننده محاسن زیادی دارد از جمله:
• استفاده امن و ساده
• عدم نیاز به انبارداری مواد شیمیایی خطرناک به علت تولید در محل
• راندمان بالا در گندزدایی و عدم نیاز به ضدعفونی کننده اضافی (ازن باقی مانده در غلظت های 0.1 تا 0.2 ppm در بیشتر موارد باعث تمیز نگه داشته شدن برج خنک کننده می شود) 
• هزینه تعمیر و نگهداری کم
• خوردگی کم سیستم به علت عدم حضور ترکیبات کلر
• توانایی بالا در حذف بیوفیلم

خشکشویی های صنعتی
استفاده از ازن در خشکشویی ها از نظر مصرف انرژی و هزینه ها نسبت به روش های قدیمی بسیار کارآمدتر است زیرا میزان مصرف آب داغ و مواد شیمیایی را کاهش می دهد. خشکشویی ها به طور مرسوم از آب با دمای 60 تا 75 درجه سلسیوس استفاده می کنند، درحالی که استفاده از ازن می تواند دمای آب را به 30 تا 35 درجه سلسیوس کاهش دهد زیرا ازن منجر به تولید اکسیژن می شود و این پتانسیل شوینده ها در تمیز کردن را افزایش می دهد و درنتیجه می توان دمای آب را کاهش داد. از سویی در صورتی که مواد شوینده با ازن ترکیب شوند، توانایی بهتری در تمیز کردن دارند و به عبارتی کارایی آن ها افزایش می یابد؛ علت این امر نیز این است که ازن اجازه نفوذ و تمیزکنندگی بیشتر می دهد.

تصفیه فاضلاب
با استفاده از ازن می توان رنگ و بوی فاضلاب را کاهش داد، از سوی دیگر استفاده از ازن منجر به کاهش مصرف مواد شیمیایی و فضای موردنیاز تصفیه خانه می شود.

بیمارستان ها و مراکز درمانی
از ازن می توان در بیمارستان ها، کلینیک های پزشکی و دندانپزشکی برای ضدعفونی کردن فضا، تجهیزات و وسایل در حداقل زمان ممکن استفاده کرد. 

بسته بندی مواد غذایی
استفاده از ازن در بسته بندی مواد غذایی باعث افزایش ماندگاری و حفظ تازگی محصولات می شود، از سویی با محیط زیست نیز سازگار است. 

پرورش آبزیان
استفاده از ازن در استخرهای پرورش آبزیان باعث کاهش بیماری آبزیان و افزایش تولید آنها می شود؛ همچنین باعث کاهش ترکیبات آلی محلول در آب می گردد.

کشاورزی
برای حذف علف های هرز، می توان از ازن به جای آفت کش ها استفاده کرد؛ ازن علاوه بر این که توانایی بالایی در حذف آفات دارد، بر خلاف آفت کش های مرسوم اثری از خود به جا نمی گذارد. همچنین استفاده از ازن می تواند باعث رشد سریع گیاهان شود.

انبارهای ذخیره مواد غذایی و سردخانه ها 
استفاده از ازن باعث ضدعفونی کردن فضا و از بین بردن قارچ، کپک و ویروس و افزایش ماندگاری مواد غذایی می شود. 

دامداری ها
از ازن برای ضدعفونی کردن آب آشامیدنی دام ها، حذف بار میکروبی و بوی آمونیاک و همچنین ضدعفونی کردن سالن های شیردوشی می توان استفاده کرد.

ضدعفونی کردن غلات
ازن با توجه به خاصیت ضدعفونی کنندگی خود می تواند برای دفع آفات و حشرات غلات به کار برده شود، درحالی که هیچگونه اثر منفی بر کیفیت غلات ندارد.

تصفیه هوا
از ازن می توان برای از بین بردن بو و تصفیه هوای اماکن عمومی و منازل مسکونی، مرغداری ها و کشتارگاه ها، پارکینگ های مسقف و مراکز بهداشتی درمانی استفاده کرد.
 

فرایند گندزدایی و مفهوم CT
با این فرض که فرایند ضدعفونی کردن از سینتیک مرتبه اول پیروی کند (قانون Chick)؛ می توان در نظر گرفت که غلظت ماده ی گندزدا (C) و زمان تماس (T) ارزش یکسانی دارند و ترکیب آنها در گندزدایی موثر است. بدین ترتیب فرایند گندزدایی را می توان نتیجه غلظت ماده ضدعفونی کننده در زمان تماس آن بیان کرد. برای مثال در صورتی که به مقدار CT=100 mg/l-minutes نیاز باشد، می توان از ترکیب های مختلف غلظت و زمان استفاده کرد تا به مقدار 100 mg/l-minutes رسید، برای نمونه هر دو حالت زیر صحیح می باشند:
• استفاده از ماده ضد عفونی کننده با غلظت mg/l 10 برای مدت 10 دقیقه که درنتیجه حاصل CT برابر با mg/l-minutes 100 می شود.
• استفاده از ماده ضد عفونی کننده با غلظت mg/l 1 برای مدت 100 دقیقه که درنتیجه حاصل CT برابر با mg/l-minutes 100 می شود.
لازم به ذکر است که در صورتی که سینتیک گندزدایی از قانون Chick پیروی نکند، نمی توان از CT استفاده کرد. 
در جدول زیر که توسط EPA منتشر شده است، مقادیر CT برای حذف میکروارگانیسم ها توسط مواد ضدعفونی کننده مرسوم (در pH های 6 تا 9) آورده شده است. 

 

محاسبه سرانگشتی CT ازن برای کاربردهای مختلف
در جدول زیر غلظت ازن (C)  و زمان تماس مورد نیاز (T) برای کاربردهای مختلف ارائه شده است.

گاز ورودی به ازن ژنراتور
به طور کلی برای تولید ازن از دستگاه ازن ژنراتور می توان از 3 نوع  گاز شامل هوای محیط، هوای خشک شده و اکسیژن تغلیظ شده استفاده کرد. انتخاب گاز ورودی به ازن ژنراتور اساسا یک تصمیم اقتصادی است زیرا استفاده از اکسیژن خالص از سویی راندمان تولید ازن را افزایش می دهد و از سوی دیگر استفاده از اکسیژن منجر به افزایش هزینه ها می شود؛ بنابراین باید با توجه به بودجه و میزان ازن مورد نیاز تولیدی، گاز ورودی را انتخاب کرد. در ادامه مزایا و معایب استفاده از هر کدام از گازها بیان می شود.

هوای محیط (Ambient Air)
منظور از هوای محیط، هوای آزادی است که در محیط اطراف (داخل و خارج فضای بسته) وجود دارد. از مزایای استفاده از هوای محیط می توان به رایگان و در دسترس بودن آن اشاره کرد. البته با توجه به این که تنها 21% هوا، اکسیژن است، بنابراین در صورت استفاده از هوای محیط راندمان تولید ازن کاهش می یابد. همچنین در اثر واکنش نیتروژن موجود در هوا گازهای دی اکسید نیتروژن، اکسید نیتروژن و نیتروژن سولفید تشکیل می شود؛ این گازها خود باعث ایجاد نمک می شوند که در طول زمان این نمک ها باعث کاهش توانایی میدان پلاسما در تولید ازن می شوند. رطوبت نیز یکی از عوامل دیگری است که باعث کاهش توانایی میدان پلاسما برای تولید ازن می شود؛ به طوری که در روزهای گرم و مرطوب تابستان می تواند تا 80% راندمان تولید ازن را کاهش دهد.

ورود هوای محیط به ازن ژنراتور

هوای خشک (Dry Air)
منظور از هوای خشک، هوایی است که رطوبت آن گرفته شده و نقطه شبنم (dew point) آن در حدود 60- درجه سانتی گراد یا کمتر است. با توجه به این که در هوای خشک، تمامی گرد و غبار و حشرات از بین می رود، استفاده از این گاز، هزینه های تعمیر و نگهداری سلول تخلیه الکتریکی را کاهش می دهد که بسیار نکته مهمی است و از سویی با استفاده از این گاز می توان به طور پیوسته در طول زمان، ازن تولید کرد. همچنین تجهیزات مورد نیاز برای تولید هوای خشک ارزان تر از تجهیزات مورد نیاز برای تولید اکسیژن تغلیظ شده می باشند. از معایب استفاده از این گاز می توان به این اشاره کرد که همچنان تاحدی نیتریک اسید تولید می شود و غلظت های پایین منجر به کاهش حلالیت در آب می شود و همچنین در مقایسه با استفاده از هوای محیط نیاز به تجهیزات پیچیده تری دارد که منجر به افزایش هزینه ها می شود.

ورود هوای خشک به ازن ژنراتور

همان طور که در نمودار زیر مشاهده می شود، با افزایش نقطه شبنم (مقدار رطوبت موجود در هوا)، میزان گاز ازن خروجی از ازن ژنراتور کاهش می یابد. 

نمودار میزان ازن خروجی از ازن ژنراتور با افزایش رطوبت در هوا

اکسیژن تغلیظ شده
منظور از اکسیژن تغلیظ شده، اکسیژنی است که تا 90 درصد خالص شده و رطوبت آن گرفته شده (دارای نقطه شبنم 100- درجه فارنهایت) و از دستگاه تغلیظ کننده اکسیژن و یا سیلندر اکسیژن خارج می شود. استفاده از اکسیژن تغلیظ شده منجر به 2 برابر شدن خروجی ازن در مقایسه با هوای خشک می شود. با استفاده از اکسیژن تغلیظ شده می توان به طور پیوسته ازن تولید کرد، درحالی که تعمیر و نگهداری سلول تخلیه الکتریکی به حداقل می رسد. از سویی ازن تولید شده با اکسیژن تغلیظ شده، غلظت بیشتری دارد که این به معنی حل شدن زیاد ازن در آب می باشد. البته استفاده از اکسیژن تغلیظ شده نیاز به تجهیزات پیچیده تری (کمپرسور و تغلیظ کننده اکسیژن) نسبت به هوای خشک دارد که منجر به افزایش هزینه ها می شود.

ورود اکسیژن تغلیظ شده به ازن ژنراتور

روش های تزریق گاز ازن به آب
با توجه به این که ازن را نمی توان ذخیره کرد، باید با توجه به نرخ مصرف، ازن در محل تولید و به آب وارد شود. از آن جایی که ازن عمدتا به صورت گاز تولید می شود، برای وارد شدن به آب نیاز به یک دستگاه مخلوط کننده است. برای انتخاب دستگاه مخلوط کننده مناسب باید به نکات متعددی توجه کرد. برای تزریق ازن به آب عمدتا از دیفیوزرها، ونتوری و استاتیک میکسرها استفاده می شود که در ادامه در رابطه با هرکدام از آنها توضیحاتی ارایه شده است. 

دیفیوزرها
انتشار حباب قدیمی ترین و ساده ترین روش برای حل کردن ازن در آب است. در این روش از یک دستگاه متخلخل برای شکستن گاز به حباب های کوچک در پایین یک ستون آب استفاده می شود، سپس حباب های شکسته شده به آرامی به سمت بالای ستون حرکت می کنند و بدین ترتیب در آب حل می شوند. اندازه حفرات دیفیوزر از نکات مهمی است که حتما باید به آن توجه کرد زیرا هرچه اندازه حفرات کوچک تر باشد، اندازه حباب های ایجاد شده نیز کوچک تر می شود که این خود باعث افزایش مساحت سطحی و در نهایت افزایش نرخ انتقال جرم بین ازن و آب می گردد. بنابراین باید دقت کرد که دیفیوزری که کوچک ترین اندازه حفرات را دارد را انتخاب کنیم. ارتفاع ستون آبی که ازن در آن دمیده می شود نیز پارامتر مهم دیگری است که بر نرخ انتقال جرم ازن تاثیر زیادی دارد. از آن جایی که دیفیوزرها در قسمت پایینی ستون آب قرار می گیرند، هرچه ارتفاع ستون آب بیشتر باشد، زمانی که ازن در تماس با آب است و می تواند در آن حل شود، افزایش می یابد. نکته مهم تر این است که هرچه ارتفاع ستون آب بیشتر باشد، فشار وارده بر قسمت پایینی آن نیز بیشتر می شود؛ درنتیجه نیروی وارده بر سطح حباب ها افزایش می یابد که منجر به حل شدن بیشتر ازن در محلول می گردد. ستون های آب با ارتفاع کمتر از 10 فیت در عمل کمتر از 50 درصد راندمان انتقال جرم دارند، درحالی که ستون هایی با ارتفاع 20 فیت می توانند به راندمان انتقال جرم 90 درصد دست یابند اما ممکن است در عمل قابل اجرا نباشند.

دیفیوزر 

ونتوری
یکی از مرسوم ترین روش ها برای تزریق ازن در کاربردهای صنعتی استفاده از تزریق کننده ونتوری است. این روش بازده انتقال جرم خوبی را فراهم می کند. یک تزریق کننده ونتوری برای ایجاد خلا جهت کشیدن گاز ازن به داخل دستگاه، به اختلاف فشار در دستگاه نیاز دارد؛ پس از کشیدن گاز ازن به داخل، با استفاده از پره های مخلوط کننده، گاز کاملا با آب مخلوط می شود. تزریق کننده ونتوری قادر است که حباب های بسیار ریزی تولید کند که برای انتقال جرم زیاد و اختلاط جهت حل شدن گاز ازن در آب، بسیار مناسب است. با استفاده از تزریق کننده ونتوری به تنهایی می توان به نرخ انتقال جرم 90% رسید.
برای اینکه انژکتور ونتوری به درستی کار کند، نیاز است که اختلاف فشار بین ورودی و خروجی دستگاه وجود داشته باشد. این امر معمولاً به یک پمپ آب جداگانه نیاز دارد تا فشار آب ورودی انژکتور ونتوری افزایش یابد. پس از آن نیز مهم است که خروجی انژکتور ونتوری به هیچ وجه بسته نشود. بنابراین پیشنهاد می شود که در ورودی و خروجی انژکتور ونتوری فشار سنج قرار داده شود. با توجه به این که هنگام استفاده از ونتوری، ازن یا اکسیژن حل نشده خود به خود نمی تواند از سیستم خارج شود؛ نیاز است که از روشی برای این منظور استفاده شود تا ازن به محلی امن یا واحد تخریب ازن وارد شود. محبوب ترین روش، استفاده از تانک تماس (Contact Tank) می باشد؛ از de-gas chamber یا ستون ها نیز می توان برای این کار استفاده کرد. همچنین هنگام استفاده از ونتوری باید توجه کرد که آب از طریق ونتوری وارد ازن ژنراتور نشود؛ بدین منظور می توان از شیرهای یک طرفه (چک ولو) استفاده کرد. لازم به ذکر است که ابعاد انژکتور ونتوری تابعی از نرخ جریان و فشار آب است.

ونتوری

استاتیک میکسرها
به طور کلی استاتیک میکسرها، دستگاه های استاتیک هستند که برای مخلوط کردن دو مایع به کار گرفته می شوند. با توجه به این که هدف مخلوط کردن ازن در آب است، نیاز است که با استفاده از استاتیک میکسر، حباب های ازن به ریزترین حد ممکن شکسته شوند. استاتیک میکسرهای متنوعی در بازار موجود است و همه ی آن ها عمل حل کردن گاز ازن در آب را انجام می دهند. اندازه استاتیک میکسر بر اساس سرعت آب از طریق میکسر اندازه گیری می شود. هر استاتیک میکسر دارای پره ها یا دستگاه های اختلاط است که برای دستیابی به نتایج مطلوب نیاز به سرعت خاصی از آب در حال عبور از پره ها است. برای اهداف ما، این اندازه به میزان جریان آب تبدیل می شود. هنگام استفاده از استاتیک میکسرها، ازن در بالا دست میکسر به آب تزریق می شود و سپس استاتیک میکسر گاز ازن را  به حباب های بسیار ریز می شکند تا بتوانند در آب حل شوند. همچنین لازم به ذکر است که هنگامی که مصرف انرژی اهمیت زیادی داشته باشد، می توان به جای استفاده از ونتوری از استاتیک میکسرها استفاده کرد.

استاتیک میکسر

نکات مهم حل کردن گاز ازن در آب
برای حل کردن ازن در آب باید به مواردی نظیر دما، فشار و کیفیت آب و غلظت ازن توجه کرد که در ادامه توضیحاتی در رابطه با هرکدام ارایه شده است.

دمای آب
حلالیت ازن در آب به دمای آن بستگی دارد. هرچه دمای آب کاهش یابد، مقدار ازن حل شده در آن افزایش می یابد، زیرا نرخ حلالیت ازن در آب با کاهش دما، افزایش می گردد. اگرچه فاکتورهای زیادی بر نرخ انتفال جرم ازن به آب اثرگذار هستند، اما به سادگی می توان این نکته را درک کرد که کاهش دمای آب، حلالیت را افزایش می دهد و با افزایش نرخ حلالیت، نرخ انتقال جرم ازن به آب زیاد می شود. در جدول زیر میزان حلالیت ازن در دماهای مختف و در فشار اتمسفری نمایش داده شده است.

SOLUBILITY (C°) TEMPERATURE
0.64 0
0.5 5
0.39 10
0.31 15
0.24 20
0.24 25
0.15 30
0.12 35
  At atmospheric pressure

 

فشار آب
فشار آب بر میزان حلالیت ازن در آب اثرگذار است.هنگامی که گاز ازن در فشارهای بالاتری به آب تزریق شود، نیروی بیشتری به دیواره حباب های گاز وارد می شود؛ بنابراین باعث می شود که ازن به طور موثرتری در آب حل شود. درصورتی که کل سیستم در فشار بالاتری کار کند، هر یک از روش های تزریق ازن ذکر شده کارآمدتر خواهند بود. به عنوان مثال، حلالیت ازن در فشار آب 35 psi حدود دو برابر حلالیت در فشار آب 10 psi خواهد بود.

غلظت ازن
گاز ازن به طور معمول به صورت گرم بر ساعت (g/h) اندازه گیری می شود، اگرچه این تنها بیانگر این است که چه میزان ازن تولید شده است. راه دیگر اندازه گیری ازن، اندازه گرفتن غلظت آن است. مقدار بیشتر گاز ازن در یک حجم مشخص، بدین معنی است که گاز غلظت بیشتری ازن دارد که عموما با استفاده از درصد وزنی یا g/m3 اندازه گرفته می شود. گاز ازنی که غلظت بیشتری داشته باشد، به طور موثرتری در آب حل می شود.

کیفیت آب
حضور هرگونه آلودگی در آب که بر کیفیت آب اثر می گذارد، ممکن است باعث مصرف ازن شود و این خود باعث کاهش مقدار ازن حل شده در آب می شود. اگرچه این ممکن است با توجه به حد فاصلی حل کردن ازن در آب، یک اثر مطلوب باشد، اما در هنگام تلاش برای دستیابی به یک سطح ازن محلول خاص در آب، باید به کیفیت آب توجه کرد. یک مثال خوب و فاکتور اغلب نادیده گرفته شده، کلر موجود در آب است. اکثر منابع آب شهری، باقیمانده کلر در آب دارند. هنگام حل شدن ازن در این آب، کلر ممکن است با ازن واکنش داده و مقداری از ازن را مصرف کند.

حداکثر غلظت مجاز گاز ازن
ازن یک گاز سمی است که خواص شیمیایی بسیار متفاوتی از اکسیژن دارد. چندین آژانس فدرال استانداردها یا توصیه های بهداشتی را برای محدود کردن قرار گرفتن انسان در معرض ازن تعیین کرده اند که در ادامه بیان می شود:
• سازمان غذا و دارو آمریکا (FDA) اعلام کرده است که میزان ازن خروجی از دستگاه های ازن ساز پزشکی که در فضای بسته هستند، نباید بیشتر از ppm 0.05 شود.
• اداره ایمنی و سلامت شغلی (OSHA) اعلام کرده است که کارگران نباید در معرض غلظت بیش از ppm 0.1  به مدت 8 ساعت باشند.  
• موسسه ملی ایمنی و سلامت شغلی (NIOSH) حداکثر حد مجاز ازن را ppm  0.1 توصیه می کند و اعلام می کند که هرگز نباید از این مقدار عبور کرد.
• استاندارد ملی کیفیت هوای محیط EPA برای ازن نیز حداکثر 8 ساعت در غلظت ppm 0.08 در فضای باز است.

دستورالعمل نگهداری و نحوه بهره برداری از دستگاه های ازن ژنراتور
گاز ازن، ‌اگرچه امروزه به عنوان ساده ترين و كارآمدترين ماده ضدعفوني كننده به كار گرفته مي شود، اما مانند هر ماده ضدعفوني ديگر نظير كلر، فرمين و ... در بكار گيری و استفاده از آن، رعايت برخي اصول و مقررات نگهداری ضروری مي باشد:
1- در هنگام راه اندازی دستگاه توجه كنيد كه فشار اكسيژن ورودی 1 اتمسفر باشد و همچنين Flow كنترل طبق دستور نصب كننده قرار گرفته باشد. 
2ـ- در هنگام روشن كردن دستگاه، ‌دقت كنيد كه به ازاء هر يك ساعت خاموشی دستگاه 5 دقيقه گاز اكسيژن خالص را از دستگاه عبور دهيد تا در صورت ايجاد شبنم و يا قطرات آب (به علت رطوبت هوا) در مسير لوله ها و دستگاه، ‌بوسيله اكسيژن تزريقی از بين بروند. 
3- شير خودكار ( يكطرفه ) نصب شده در مسير تزريق ازن همواره به گونه ای تنظيم شود كه قسمت سنگين شير يكطرفه به سمت بالا باشد در غير اين صورت شير يكطرفه عمل نمی كند.
4- براي استفاده از اتصالات و ساير متعلقات ازن حتماً از اتصالات استيل استفاده گردد، استفاده از نوارهاي تفلون براي آب بندي مانعی ندارد.
5- با بازديد مكرر، امكان بالا آمدن آب در داخل شيلنگ منتهی به ژنراتور ازن منتفی گردد. 
6- ميزان ازن تزريقي توسط كليدي كه بر روي دستگاه به رنگ سياه مشخص شده است انجام مي گيرد، سعی شود كليد مذكور مابين Max  و Min قرار گيرد.
7- برای روشن كردن دستگاه كافيست كليد را در حالت  On  قرار دهيد ‌و از روشن شدن چراغ زرد اطمينان حاصل كنيد.
8- به هنگام خاموش كردن دستگاه بايستی ازن توليدی باقيمانده در دستگاه و لوله های مسير انتقال خارج شود؛ برای تخليه ازن باقيمانده در لوله ها و جلوگيری از خوردگی لوله ها كافيست به مدت 5 تا 10 دقيقه ( پس از خاموش كردن دستگاه)، اكسيژن را از سيستم عبور دهيد.
شرايط محيطی مناسب برای كار دستگاه مولد گاز ازن که در فضای بسته کار می کند، در جدول زیر ارایه شده است.

پارامترها و شرايط

محدوده فعاليت دستگاه

هواي محيط

10 درجه سانتیگراد تا 35 درجه سانتیگراد

رطوبت نسبي محيط

0 تا 20%

مقدار ذرات موجود در هوا

300000 ذره در متر مکعب و يا كمتر

( هواي تميز و عاري از هر گونه گردو غبار )

ولتاژ

 

 

220 ولت و فركانس 60 / 50 Hz

خطر : ولتاژ متغير باعث خرابي دستگاه مي گردد

مقدار مجاز تغييرات Max ولتاژ % 10 -/+ مي باشد

ماكزيمم فشار

ورودي به ژنراتور ازن

Atm 1.5 / Psi 20 : Max

Atm 1.0 / Psi 15 : فشار مناسب

ماكزيمم دماي هوا و يا اكسيژن

ورودي به ژنراتور ازن

25 درجه سانتيگراد

رطوبت نسبي دماي هوا و يا گاز

ورودي به ژنراتور ازن

گاز ورودي به ژنراتور بايد نقطه شبنم 40- درجه سانتيگراد داشته

باشد و يا به عبارتي اكسيژن و ياهوای خشك باشد .

نكته : معمولاً بهتر است براي استفاده از اكسيژن و

هوا از خشك كن( Dryer )استفاده گردد .

نرخ گاز ورودي به ژنراتور ازن

ميزان اكسيژن یا هوای ورودي نسبت به

نوع دستگاه تغيير می کند.

محل نصب

ژنراتور ازن بايد در مقابل ديوار و يا بر روي يك

ديوار نصب گردد كه غير قابل اشتعال و دور از مواد

اشتعالزا باشد . حداقل فاصله از اطراف محيط cm 60

مي باشد .

 

نكات ايمني در هنگام نصب دستگاه ژنراتور گاز ازن
1- استنشاق گاز ازن براي سلامتي زيان آور است، لذا توجه كنيد كه از نشت گاز ازن از دستگاه و لوله ها و شيلنگ هاي ارتباطی جلوگيری شود و بلافاصله پس از استنشاق بوی گاز نسبت به قطع برق دستگاه و خروج از محيط آلوده به گاز اقدام و از استنشاق مداوم گاز خودداری كنيد. 
2- در صورت استنشاق گاز ازن بصورت مداوم و طولانی به نحوي كه احساس سوزش در گلو ايجاد شود، بلافاصله صورت خود را بشوئيد و آب زياد بنوشيد و هر چه سريعتر به پزشك مراجعه كنيد .
3- با توجه به اينكه سيستم برق دستگاه به صورت  High voltage مي باشد از اتصال به زمين دستگاه كاملاً مطمئن گرديد.
4- سيم Null  سيستم به رنگ سفيد و سيم فاز به رنگ سياه مشخص گرديده است و سيم اتصال زمين به رنگ سبز مشخص گرديده است، در هنگام نصب دستگاه، چگونگی اتصال سيم ها به شبكه برق شهری و اتصال به زمين رعايت شود.
5- در صورت استشمام بوي گاز ازن تمامی  اتصالات و شيلنگ ها را امتحان كنيد و نشتی را از بين ببريد و از در تماس بودن افراد شاغل در كارخانه با ازن و يا در معرض مستمر آب ازن زده شده، كاملاً خوداری شود.

اندازه گیری ازن خروجی از ازن ژنراتور
از گذشته تا کنون در سراسر دنیا، دستگاه های ازن ساز در مقیاس تجاری توسط تولید کننده های مختلفی تولید و به فروش می رسد. این دستگاه های مولد ازن عموما با استفاده از هوا یا اکسیژن ازن تولید می کنند. ازن خروجی از دستگاه ها عمدتا بر حسب mg/hr اندازه گیری می شود. برای محاسبه mg/hr ازن تولید شده، می بایست جرم ازن و حجم هوا را بدانیم. این محاسبات با استفاده از تجهیزات و روش هایی که در ادامه بیان شده، انجام می گیرد. البته لازم به ذکر است که دانستن کیفیت، دما و رطوبت هوای ورودی و همچنین تمیزی لامپ UV یا دستگاه Corona discharge بسیار مهم است. با توجه به این که پارامترهای ذکر شده در طول زمان ممکن است که تغییر کنند، بنابراین می توانند بر میزان ازن خروجی اثر بگذارند. تجهیزات موردنیاز برای اندازه گیری ازن تولید شده عبارتند از:
ازن متر (Ozone Meter)
مانومتر (Monometer)
لوله جریان (Flow Tube)
برای اندازه گیری غلظت ازن در هوای خروجی مولد ازن به یک ازن متر نیاز است. ازن متر باید یک پمپ نمونه داشته باشد تا نمونه ی گاز را از لوله جریان به داخل دستگاه نظارت بکشد. بدین ترتیب دقیق ترین اندازه گیری های غلظت ازن بدون ایجاد اختلال در جریان هوا انجام می شود. ازن آنالیزورهای بر پایه UV برای اندازه گیری غلظت ازن با دقت بالا مناسب هستند؛ درحالی که، ازن مترهایی با استفاده از سلولهای حسگر الکتروشیمیایی یا HMOS در دسترس هستند که می توانند یک نمونه گاز را به داخل سنسور بکشند و غلظت ازن را با دقت معقولی قرائت کنند. برای دستیابی به بهترین دقت در تولید ازن نیاز است که مناسب ترین دستگاه ازن سنج ممکن انتخاب شود.
مانومتر برای اندازه گیری جریان هوا با استفاده از اندازه گیری سرعت جریان هوا در لوله جریان به کار برده می شود. با استفاده از مانومترهای دیجیتالی می توان جریان هوا را در واحدهای اندازه گیری مختلف اندازه گیری کرد.
برای اندازه گیری جریان هوا از ژنراتور ازن باید یک لوله جریان ساخته شود. این لوله می تواند از جنس PVC یا سایر مواد پلاستیکی باشد. برای اندازه گیری دقیق سرعت هوا، نیاز است که جریان هوایی که از ازن ژنراتور گرفته می شود تاجایی که ممکن است تلاطم داشته باشد. این لوله باید مستقیماً به قسمت خروجی مولد ازن بسته شود و به هیچ وجه نباید جریان هوا را محدود کند. جریان واقعی خروجی از ازن ژنراتور در شرایط عملکردی عادی باید به طور دقیق اندازه گیری شود.
همان طور که قبلا ذکر شد برای محاسبه ازن خروجی بر حسب mg/hr نیاز است که جرم ازن و حجم هوا را بدانیم. پس از اندازه گیری این دو پارامتر با استفاده از یک سری محاسبات ساده که در ادامه بیان شده است، می توان ازن خروجی را محاسبه کرد. 
فرمول محاسبه ازن خروجی بر حسب میلیگرم بر ساعت  :mg/hr = (m3/min × 60) × (ppm× 2.14)
برای فهم بهتر مثالی ارایه شده است:
لوله مربعی با ابعاد 0.1 متر
غلظت ازن= ppm 10 
سرعت هوا در لوله جریان= m/s 5

0.1 × 0.1 = 0.01 m2
0.01 m2 × 5 = 0.05 m3/second
0.05 × 60 = 3 m3/min
(3 m3/min × 60) × (10 × 2.14) = 3852 mg/hr ozone production
 

اندازه گیری ازن خروجی از ازن ژنراتور

مقایسه ازن، کلر و UV
در جدول زیر مقایسه کارایی ضدعفونی کننده های ازن، کلر و نور یووی نمایش داده شده است.

مقایسه کارایی ضدعفونی کننده های ازن، کلر و UV

عوامل موثر بر قیمت دستگاه ازن ژنراتور
برای تعیین هزینه دستگاه ازن ژنراتور باید به دو بخش هزینه های اولیه سرمایه گذاری و هزینه های عملکردی و نگهداری توجه کرد. پارامترهایی که بر هزینه های اولیه سرمایه گذاری اثرگذارند، عبارتند از فرایند ازن زنی مورد استفاده (غلظت ازن و زمان تماس)، نوع گاز ورودی و نحوه تزریق ازن. هزینه های عملکری و نگهداری نیز شامل هزینه برق مصرفی با توجه به منطقه و همچنین هزینه های کنترل فرایند می شود. 
فروشگاه اینترنتی آب کالا دستگاه های ازن ژنراتور برندهای معروف و همچنین برندهای با کیفیت داخلی را با مناسب ترین قیمت در اختیار مشتریان محترم قرار داده است. لازم به ذکر است که این دستگاه ها دارای گارانتی معتبر می باشند. برای کسب اطلاعات بیشتر می توانید با کارشناسان ما تماس حاصل فرمایید.