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

فرابنفش در تصفیه آب: مکانیزم اثر، از بین بردن باکتریها، محاسنه میزان تزریق و طراحی واحد

۱. مکانیزم اثر فرابنفش (UV)

• نوع UV مؤثر: پرتوهای UV-C (طول موج ۲۰۰–۲۸۰ نانومتر، بهویژه ۲۵۴ نانومتر) دارای خاصیت گندزدایی هستند.

• تأثیر بر میکروارگانیسمها: UV-C باعث ایجاد تیمین دایمر در DNA/RNA میکروبها میشود. این آسیب از تکثیر و عملکرد میکروارگانیسمها جلوگیری میکند و آنها را غیرفعال میسازد (غیر کشنده اما غیرفعال کننده).

۲. از بین بردن باکتری ها و عوامل بیماریزا

• دوز مؤثر (UV Dose):
  دوز UV بر حسب mJ/cm² محاسبه میشود و به عوامل زیر وابسته است:

  • شدت پرتو (Intensity): بر حسب mW/cm².

  • زمان تماس (Exposure Time): مدت تابش پرتو به آب.

  • شفافیت آب (UV Transmittance): آب های کدر یا حاوی ذرات، پرتو UV را جذب یا پراکنده میکنند و کارایی را کاهش میدهند.

  • نوع پاتوژن:

    • باکتری ها (مانند E. coli): ۳۰–۴۰ mJ/cm².

    • ویروس ها (مانند هپاتیت A): ۵۰–۱۰۰ mJ/cm².

    • کیست ها (مانند ژیاردیا): ۱۰–۲۰ mJ/cm².

۳. محاسبه دوز تزریق UV

• فرمول پایه:

  دوز (mJ/cm²)=شدت (mW/cm²)×زمان تماس (ثانیه)

• تأثیر شفافیت آب:
  دوز مؤثر با ضریب UVT (UV Transmittance) اصلاح میشود. برای مثال، اگر UVT آب ۸۰٪ باشد، شدت پرتو مؤثر ۸۰٪ مقدار اسمی است.

• روش طراحی استاندارد:
  استانداردهای EPA یا WHO دوزهای حداقلی را تعیین میکنند (مثلاً ۴۰ mJ/cm² برای باکتری ها).

• مثال محاسباتی:
  اگر شدت لامپ ۱۰۰ mW/cm²، زمان تماس ۱۰ ثانیه، و UVT آب ۹۰٪ باشد:

  دوز مؤثر=۱۰۰×۰.۹×۱۰=۹۰۰ mJ/cm².

۴. طراحی واحد فرابنفش

• پارامترهای کلیدی:

  • دبی آب (Flow Rate): تعیین کننده ابعاد محفظه و تعداد لامپ ها.

  • نوع لامپ:

    • لامپ کم فشار (LP): تابش تک طول موج (۲۵۴ نانومتر)، مصرف انرژی پایین.

    • لامپ پرفشار (MP): طیف گسترده تر، شدت بالاتر، مناسب برای دبی های بالا.

  • چیدمان لامپها: محفظه های استوانهای با لامپ های موازی برای پوشش یکنواخت.

  • پوشش کوارتز: محافظ لامپ ها از رسوب و خوردگی.

• پیش تصفیه آب:

  • فیلتراسیون (حذف ذرات > ۵ میکرون) برای جلوگیری از سایه اندازی روی میکروب ها.

  • نرمکنندگی آب برای کاهش رسوب کلسیم روی پوشش کوارتز.

• سیستم های مانیتورینگ:

  • سنسورهای UV برای سنجش شدت پرتو.

  • سیستم های هشدار برای خرابی لامپ یا کاهش دوز.

• ملاحظات ایمنی:

  • محفظه های کاملاً بسته با قفل ایمنی برای جلوگیری از تماس مستقیم با پرتو UV.

۵. چالشها و راهکارها

• کدورت آب: کاهش UVT → نیاز به پیش فیلتراسیون.

• رسوب روی لامپ ها: تمیزکردن دورهای پوشش کوارتز با اسید یا مواد شوینده.

• تأیید عملکرد: استفاده از بیودوزیمتری (مانند استفاده از باکتریهای شاخص مانند MS2 فاژ) برای اطمینان از دوز مؤثر.

۶. جمع بندی

سیستم های UV بهعنوان روشی فیزیکی و بدون مواد شیمیایی، برای گندزدایی آب کاربرد گستردهای دارند. طراحی مناسب نیازمند محاسبه دقیق دوز، پیش تصفیه آب، و انتخاب لامپ ها و محفظه های متناسب با دبی و کیفیت آب است.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

فراوردهای جانبی گندزدایی (DBPs)Disinfection By-Products
ترکیبات خطرناک حاصل از واکنش گندزداههابا ناخالصیهای موجود در اب به ویژه مواد عالی طبیعی(NOMs) Natural Organic Mattersکه ازتجزیه مواد الی در اکوسیستمهای اکولو ژیکی به طریق طبیعی ومصنوئی وارد محیط شده اند نا شی می شوند.از جمله اسیدهای هیومیک که پیش ساز نامیده میشوند را فراورده های جانبی گندزدایی گویند. تشکیلDBPشدیدا وابسته به TOCدر نقطه کاربرد گندزدا است.

مهمترینDBPها,تری هالومتانها((THMsبوده که در اثر واکنش کلر ازاد با مواد الی ایجاد میشودو شامل تری کلرو متان(کلروفرم) دی کلرو برمو متان.وتری برمو متان(برموفرم) هستند.استاندارد کل THMدر اب اشامیدنی۸./.میلیگرم درلیتراست وروش اندازه گیری انها گاز کروماتوگرافی به همراه اسپکترومتری جرمی(GC-MS)است. خطرناک طرین نوعTHMکلروفرم است که حدود70درصدکل تری هالومتانها را شامل می شود.

نکته:به کل مواد الی هالوژنه موجود درابTOXگفته میشود

هالواستیک اسیدها (HAAs)وهالواستونیتریل ها(HANs)وهالوکتونها.هالوالدئیدها.کلروپیکرین و...از دیگرDBPهابوده که حاصل تاثیر کلر بر پیش سازهای الی هستند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

تهیه کلر در محل) چیست؟
بطور خلاصه تکنولوژی ساده و عملی تبدیل نمک یا آب شور به هیپوکلریت سدیم درجه یک در نقطه مصرف را Electro Chlorination گویند.
مقایسه روشهای گند زدائی
الکتروکلریناسیون
در سالهای اخیر الکتروکلریناسیون به صورت یک سیستم ایمن ، قابل اعتماد و روش اقتصادی برای گندزدایی پیشنهاد شده و روش مناسبی برای تصفیه آبهای آشامیدنی ، فاضلاب ، سیستمهای خنک کننده و استخرهای شنا است . با اینکه سرمایه گذاری در این زمینه ممکن است یک عامل بازدارنده باشد ، پایین بودن هزینه بهره برداری در الکتروکلریناسیون در بسیاری از موارد در مدت زمان کوتاهی هزینه های اولیه را جبران می نماید.
گاز کلر
با اینکه برای سالهای متمادی استفاده از گاز کلر برای گندزدایی آب آشامیدنی و فاضلاب ترجیح داده می شد ، امروزه طبعات و مخاطرات آن به خوبی شناخته شده و خطر حمل و نقل و اداره کردن چنین سیستمی باعث شده در بسیاری از کشورها به دنبال جایگزین مناسبی مانند الکترو کلریناسیون باشند .
هیپو کلریت
سرمایه گذاری پایین و سادگی مزایای این سیستم هستند ، اگر چه در اینجا از نظر ملاحظات ایمنی در حمل ونقل و انبار کردن خطر پایین تری وجود دارد امّا مواد شیمیایی خطرناک همچنان موجود میباشند .همچنین قیمت هر کیلو گرم کلر نسبتاً بالا است.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

مدیرعامل شرکت آب و فاضلاب سیستان و بلوچستان در مراسم افتتاح این طرح اظهار داشت: گندزدایی آب به روش الکترولیز آب و نمک و تولید مولتی اکسیدانت به عنوان یک تکنولوژی نوین، ایمن و کارآمد در دنیا مطرح است که در این تکنولوژی آب و نمک از یک سیل الکترولیز کننده عبور می‌کنند و پس از انجام پروسه و جداسازی آنولیت از کاتولیت محلول موثر مولتی اکسیدانت و یا میکس اکسیدانت به نام آنولیت تولید می‌شود که ویژگی یک محلول گندزدایی ایده آل را دارد.

محمدرضا کرمی‌نژاد افزود: این سیستم مناسب‌ترین سیستم گندزدایی آب شرب در شهرها و روستاها بوده و با توجه به رعایت الزامات ایمنی در تکنولوژی بهترین راهکار موجود برای جایگزینی های مرسوم به کلرزنی است.

وی طول عمر بالا، قابلیت شستشو سل دستگاه، بالا بودن ظرفیت تولید هر سل، بالا بودن کیفیت پوشش الکترودها را از مهم‌ترین مزایای سل‌های به کار رفته در دستگاه تولید محلول مولتی اکسیدانت به روش الکترولیز نمک طعام عنوان کرد.

کرمی‌نژاد کاهش زمان تماس و دوز مصرفی گندزدا، از بین بردن میکروارگانیسم شاخص آب در مدت کمتر از یک دقیقه، حذف جلبک‌ها و آلک‌ها را مهم‌ترین مزایای محلول گند زدای مولتی اکسیدانت اعلام کرد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

تامين آب آشاميدني سالم :
آب سالم بايد زلال‘ خنك ‘ بي رنگ ‘ بي بو‘ بدون مزه خاص و عاري از عوامل بيماريزا و سمي باشد .
آبهاي سطحي يا زير زميني اغلب حاوي ناخالصي هايي بوده و يا مشخصات نامطلوب دارند.
روشهايي با نام تصفيه مقدماتي‘ براي كاهش ناخالصي ها و يا تغيير مشخصات نامطلوب آب قبل از رسيدن به تصفيه خانه وجود دارد كه شامل فرايند هاي هوادي ‘ انعقاد‘ ته نشيني‘ صاف كردن و ... مي باشد . و در نهايت مرحله گندزدايي است كه در اين مرحله عوامل ميكروبي بيماريزا و مضر با روشهاي مختلف گندزدايي از بين مي روند.
در گذشته عمل تصفيه آب تنها به منظور بهبود خواص ظاهري و طعم آب انجام مي شد . اما امروزه استاندارد هاي جديدي در مورد كيفيت آب آشاميدني چه از نظر راديولوژيكي و چه از نظر بيولوژيكي بدنبال ساخت و توسعه ابزارهاي دقيقتر سنجش كمي و كيفي مواد وضع شده است.

روشهاي مختلف گندزدايي:
گندزدايي آب فرايندي است كه طي آن ميكروارگانيسم هاي بيماريزاي موجود در آب غير فعال مي گردند .
يك گندزداي خوب بايد به سرعت عمل كرده و در دز مصرفي براي غير فعال كردن ميكروارگانيسم ها‘ براي انسان و ساير جانوران بي اثر باشد .

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

پژوهشگران می گویند مواد میکروب زدایی استخرها، خطر بروز آسم و سرطان را تشدید می کنند . آنان اعلام کردند ترکیب مواد گندزدا در آب استخرها با ضد آفتاب‌ها و عرق بدن می‌تواند مواد شیمیایی سمی تولید کند که در نهایت منجر به سرطان می‌شود.
به گزارش خبرنگار سایت پزشکان بدون مرز ،  طبق آخرین مطالعات محققان دانشگاه ایلینویز، یک شیرجه در استخر در یک روز داغ تابستانی شاید آنقدرها هم که تصور می کنید برای شما بی خطر نباشد، چون آزمایشات نشان می دهد که استفاده از ترکیبات و مواد ضدعفونی کننده استخرهای شنا می تواند خطر ابتلا به آسم و سرطان مثانه را افزایش دهد.
این مواد گندزدا که برای جلوگیری از سرایت بیماری‌ها به آب استخر اضافه می‌شوند می‌توانند با ادرار و حتی موی شناگرها واکنش داده و باعث ابتلا به آسم و سرطان مثانه شود.
محصولاتی مانند ضد آفتاب‌ها و روغن‌ها دارای نیتروژن هستند که می‌توانند با گندزداها واکنش داده و مواد شیمایی سمی تولید کنند که باعث جهش ژنی می‌شوند.
این جهش‌های ژنی می‌تواند باعث نواقص مادرزادی شده، روند پیر شدن را تسریع کرده و منجر به مشکلات تنفسی شوند. حتی در صورت مواجه دراز مدت با این مواد شیمایی احتمال بروز سرطان هم وجود دارد.
یک گروه از محققان از دانشگاه ایلینویز نمونه‌هایی از آب شیر و آب استخر را با استفاده از تکنولوژی دی.ان.ای مقایسه کرده و متوجه شدند آب استخرها بیش‌تر باعث بروز آسیب‌های سلولی در انسان‌ها می‌شوند.
محقق ارشد این مطالعات پروفسور مایکل پلوا در این باره گفت: همه انواع منابع آبی در معرض مواد ارگانیک مانند برگ‌های در حال فساد، میکروب‌ها و دیگر اشکال حیات‌های مرده هستند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

روش های ضد عفوني آب و فاضلاب

مقدمه

امروزه حفظ منابع آب ، يعني حياتي ترين ماده اي که بشر به آن نياز دارد بطور فزاينده اي مورد توجه مجامع مختلف بين المللي قرار گرفته است . رشد روزافزون جمعيت و در نتيجه بهره برداري بيش از حد از منابع محدود آب از يک طرف و آلوده شدن آنها بسبب فعاليتهاي گوناگون زيستي ، کشاورزي و صنعتي بشر از طرف ديگر همگي دست به دست همديگر داده و زنگ خطر بحران آب را در سالهاي آينده به صدا در آورده است .

بنابراين حفظ کيفيت فيزيکي و شيميايي و بيولوژيکي منابع آب سرلوحه فعاليت بسياري از سازمانهايي است که به نحوي با اين منابع سرو کار دارند .

اين مهم از دو جنبه کلي قابل توجه است :


١- افزايش کيفيت آبي که بايد به مصارف گوناگون برسد که تحت تاثير سه عامل عمده بوده است

- افزايش آلاينده ها در منبع طبيعي آب .

- آزمايشهاي کيفي آب و فاضلاب با دقت بالا .

- افزايش سطح استاندارد آب آشاميدني .

مرجع تخصصی آب و فاضلاب