مرجع تخصصی آب و فاضلاب

گندزدایی در تصفیه آب و فاضلاب: روش‌ها، محاسبات

۱. اهمیت گندزدایی

• حذف پاتوژن‌ها: باکتری‌ها، ویروس‌ها، و انگل‌ها (مانند اشرشیاکلی، کوکسیدیوم).

• پیشگیری از بیماری‌ها: وبا، حصبه، و اسهال‌های عفونی.

• مطابقت با استانداردها: رعایت حد مجاز باقیمانده مواد گندزدا (مثل کلر باقیمانده ≤ ۰.۲–۰.۵ mg/L).

۲. روش‌های گندزدایی

الف. روش‌های شیمیایی

۱. کلرزنی (Cl₂, NaOCl, Ca(OCl)₂):

• مزایا: ارزان، باقیمانده مؤثر، گسترده در سیستم‌های شهری.

• معایب: تشکیل ترکیبات جانبی سرطان‌زا (THMs، HAAs).

• فرمول واکنش:

  Cl₂ + H₂O → HOCl + HCl  
  HOCl → H⁺ + OCl⁻ (گندزدایی مؤثر در pH < ۸)  

۲. ازون (O₃):

• مزایا: قدرت اکسیداسیون بالا، عدم تشکیل باقیمانده شیمیایی.

• معایب: هزینه بالا، نیمه‌عمر کوتاه (نیاز به تزریق در محل).

• فرمول واکنش:

  O₃ → O₂ + O· (رادیکال آزاد اکسیژن)  

۳. کلرآمین‌ها (NH₂Cl):

• مزایا: کاهش تشکیل THMs، باقیمانده پایدار.

• معایب: قدرت گندزدایی کمتر نسبت به کلر آزاد.

۴. دی‌اکسید کلر (ClO₂):

• مزایا: عدم تشکیل THMs، مؤثر در حذف ویروس‌ها.

• معایب: خطر انفجار در غلظت بالا.

ب. روش‌های فیزیکی

۱. پرتو فرابنفش (UV):

• مکانیسم: آسیب به DNA پاتوژن‌ها با طول موج ۲۵۴ نانومتر.

• مزایا: عدم تشکیل ترکیبات جانبی، مناسب برای آب‌های کم کدورت.

• معایب: نیاز به آب شفاف، عدم باقیمانده گندزدا.

۲. گرمایش (پاستوریزاسیون):

• کاربرد: سیستم‌های کوچک یا روستایی.

۳. محاسبات کلیدی

الف. دوز گندزدا

• فرمول پایه (CT Value):

  CT = غلظت گندزدا (mg/L) × زمان تماس (دقیقه)  

  • مثال: برای حذف ۹۹.۹% ویروس‌ها با کلر (CT ≈ ۱۵ mg·min/L).

ب. محاسبه باقیمانده کلر

• فرمول:

  باقیمانده کلر = دوز تزریقشده – مصرفشده در واکنش با آلاینده‌ها  

ج. انرژی UV مورد نیاز

• فرمول:

  انرژی (mJ/cm²) = شدت تابش (μW/cm²) × زمان تماس (ثانیه)  

  • حداقل انرژی برای گندزدایی: ۴۰ mJ/cm² (برای باکتری‌ها).

۴. طراحی سیستم‌های گندزدایی

الف. کلرزنی

• مخزن تماس: زمان ماند ≥ ۳۰ دقیقه برای اطمینان از CT کافی.

• تجهیزات:

  • سیستم تزریق گاز کلر (فشار پایین).

  • مخازن ذخیره هیپوکلریت سدیم.

ب. سیستم UV

• پارامترهای طراحی:

  • شفافیت آب: NTU < ۱ برای عبور مؤثر پرتو.

  • تعداد لامپ‌ها: بر اساس دبی و انرژی مورد نیاز.

• اجزای سیستم:

  • محفظه استیل ضدزنگ با لامپ‌های UV.

  • سیستم تمیزکننده خودکار (برای جلوگیری از رسوب).

ج. ازون‌زنی

• ژنراتور ازون: تولید ازون با تخلیه الکتریکی یا تابش UV.

• مخزن تماس: زمان تماس ≈ ۱۰–۲۰ دقیقه.

۵. مقایسه روش‌های گندزدایی

روش مزایا معایب کاربرد

کلرزنی ارزان ، باقیمانده مؤثرتشکیل THMs، خطر سمیت شبکه‌های آب شهری

UV عدم ترکیبات جانبی نیاز به آب شفاف بیمارستان‌ها، صنایع دارویی

ازون قدرت اکسیداسیون بالا هزینه بالا ، نیمه‌عمر کوتاه استخرهای شنا ، آب بطری

کلرآمین‌ها کاهش THMs قدرت گندزدایی کمتر سیستم‌های توزیع طولانی

۶. اجرا و چالش‌ها

• کلرزنی:

  • خطرات: نشت گاز کلر (نیاز به سیستم‌های ایمنی).

  • مدیریت THMs: استفاده از کربن فعال یا اصلاح pH.

• UV:

  • رسوب بر لامپ‌ها: نیاز به تمیزکاری دوره‌ای.

• ازون:

  • تولید در محل: نیاز به تجهیزات پیچیده.

۷. پیشرفت‌های نوین

• گندزدایی ترکیبی: استفاده همزمان از UV + کلر برای کاهش THMs.

• فناوری پلاسما: تولید رادیکال‌های آزاد برای گندزدایی سریع.

• نانوفتوکاتالیست‌ها: استفاده از TiO₂ تحت UV برای تخریب آلاینده‌ها.

۸. مثال طراحی

شرایط:

• دبی آب: ۵۰۰ m³/day

• روش گندزدایی: کلرزنی با هیپوکلریت سدیم (غلظت ۱۰% کلر).

• CT مورد نیاز: ۱۵ mg·min/L.

محاسبات:

• زمان تماس: ۳۰ دقیقه → غلظت کلر = CT / زمان = ۱۵ / ۳۰ = ۰.۵ mg/L.

• دوز هیپوکلریت سدیم: (۰.۵ mg/L) / (۰.۱) = ۵ mg/L.

• مصرف روزانه: m³/day ۵۰۰ × ۵ mg/L = ۲.۵ kg/day.

تجهیزات:

• مخزن ۱۰۰۰ لیتری هیپوکلریت سدیم.

• پمپ دوزینگ با دقت ±۰.۱ mg/L.

• ۹. نتیجه‌گیری

انتخاب روش گندزدایی به عواملی مانند هزینه، کیفیت آب، و استانداردهای بهداشتی بستگی دارد. کلرزنی هنوز پرکاربردترین روش است، اما فناوری‌هایی مانند UV و ازون به دلیل ایمنی و کاهش ترکیبات جانبی در حال گسترش هستند. پایش مداوم باقیمانده گندزدا و تطابق با استانداردهای جهانی کلید موفقیت است.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب