حرفه وفن

تصفیه الکترونی آب

تصفيه آب به روش يون سازی يکی از شيوه های نوين جهت حذف ميکرو ارگانيزم های موجود در آب مانند ميکروب ها، ويروس ها و باکتری ها است. هر چند خاصيت ميکرب زدايی فلزاتی چون نقره و مس از زمان های قديم بر انسان ها پوشيده نبوده است ولی از ظهور اولين سيستم های تجاری تا کنون زمان زيادی نمی گذرد. اين روش ها برای اولين بار توسط موسسات تحقيقات فضايی به عنوان روشی جهت جايگزينی کلر در تصفيه آب استفاده شده ولی به مرور زمان و با توجه به مزايای فراوانی که نسبت به روش های معمولی گندزدايی در اين تکنولوژی وجود دارد، جايگاه مناسبی در بازار تجاری برای آن لحاظ شده و به سرعت در حال گسترش می باشد. هم اکنون از کلر به عنوان ماده ضدعفونی کننده استفاده می شود که اين ماده علاوه بر مضر بودن برای سلامتی انسان توانايی حذف همه ميکرو ارگانيزم ها را دارا نمی باشد. به عنوان مثال کلر بر روی ويروس ها تقريبا هيچ اثری ندارد. لذا استفاده از روشی که اولا توانايی حذف تمامی ميکرو ارگانيزم ها از جمله ميکروب ها، ويروس ها و باکتری ها را دارا باشد و ثانيا کمترين ضرر را برای سلامتی انسان داشته باشد و ثالثا بتوان آن را به آسانی نگهداری و راه اندازی نمود قاعدتا روش نوين و برتر خواهد بود. به نظر می رسد روش تصفيه الکترونيکی آب علاوه بر دارا بودن محاسن کلر از برتری هايی چون حذف تمامی ميکرو ارگانيزم ها، سازگاری با محيط زيست، نصب و راه اندازی و نگهداری آسان، کنترل دقيق عملکرد و هزينه های اقتصادی کمتر نسبت به روش های معمول نيز برخوردار است. در اين مقاله ابتدا به مبانی عملکرد روش آيونايزر اشاره شده سپس مزايای آن با معمول ترين روش مقابله با ميکرو ارگانيزم ها در آب يعنی کلر مقايسه می شود که اين بررسی از جهات مختلف مانند ميزان ميکروب زدايی، تاثير آن بر انسان و دقت عملکرد می باشد.

مقدمه
انسان از ديرباز با مشکل آلودگی آب رو به رو بوده است. بنا به اسناد تاريخی يونانيان باستان برای اولين بار به خاصيت گندزدايی مس پی بردند. مصريان نيز آب مصرفی خود را برای مدت طولانی در ظرف های نقره نگهداری می کردند و يا در ميان قشر فقير با قرار دادن سکه های نقره در ظرف حاوی آب قابل شرب از فساد آن جلوگيری می کردند که اين امر حاکی از آشنايی انسان با خاصيت پاک کنندگی مس و نقره است. امروزه مس به عنوان بهترين نابود کننده جلبک و خزه شناخته شده است. از اکسيد مس و سولفات مس در صنعت به عنوان ضد خزه و نابود کننده قارچ استفاده می شود. با اضافه کردن مس به رنگ و محافظ چوب، خاصيت ضد قارچ و ضد خزه به آن داده می شود.
استفاده از خاصيت گندزدايی نقره نيز بسيار متداول است معمولا از سکه های نقره ای برای جلوگيری از فساد شير استفاده می شود فلز نقره به عنوان يک ضد باکتری قوی در افرادی که در معرض سوختگی قرار گرفته اند استفاده می شود و چند قطره از محلول نيترات آن می تواند از چشم نوزادان در مقابل اثرات عفونت ناشی از بيماری سوزاک جلوگيری کند.هر چند اين تکنولوژی برای اولين بار توسط NASA در سفينه فضايی آپولو به کار رفت ولی در حال حاضر اين تصفيه کننده ها در نيمی از خطوط هوايی جهان استفاده می شوند و اکثر کشتی های مسافربری به اين سيستم مجهز می باشند.

گندزدايی و تصفيه الکترونيکی آب

هنگامی که يون های نقره و مس در آب آزاد می شوند تبديل به ذرات کاتيونی می شوند که نقش يک ويروس کش و ميکرب کش قوی با قابليت نابودی فراوان را بازی می کنند. عمل گندزدايی زمانی آغاز می شود که سطح خارجی ميکرو ارگانيزم ها که ذاتا دارای بار منفی هستند به علت پديده الکترو استاتيکی توسط يون های مس و نقره محاصره می شوند اين فرآيند مانع از ادامه فعاليت زيستی ميکروب ها، باکتری ها و ويروس ها شده و به تدريج آن ها را از بين می برد.
در عمل برای ايجاد فرآيند يونيزاسيون از الکترودهايی استفاده می شود که از ترکيب نقره و مس ساخته شده اند با قرار گرفتن اين الکترودها در مسير حرکت آب و ايجاد اختلاف پتانسيل در دو سر الکترود، جريان بسيار کمی از ميان دو الکترود عبور می کند که اين پديده موجب جدا شدن يون ها از الکترود و افزوده شدن آن به آب است در صورت تداوم اين عمل می توان با کنترل مقدار جريان عبوری از الکترودها ميزان يون های مس و نقره را در آب کنترل نمود. البته بايد توجه نمود که ميزان يون ها نبايد از سطوح استاندارد برای آب شرب افزايش پيدا کند. بنا به استاندارد موسسه (EPA) مقدار مس مجاز در آب 3/1 ذره در ميليون و مقدار نقره مجاز يک دهم مقدار مس يعنی 100 ذره در ميليارد است برای تنظيم سطوح يون های مس و نقره در آب بايد ميزان آن ها در آب را به صورت الکترونيکی يا شيميايی اندازه گيری شود.
معمولا نسبت بين يون های مس و نقره در کاربردهای مختلف متفاوت است ولی عموما به صورت يک به ده در نظر گرفته می شود. ترتيب نسبت الکترودها به گونه است که اولا آب از ميان آن عبور می کند ثانيا در صورت لزوم تميز شده يا تعويض گردد. با عبور آب از ميان الکترودها و با برقراری جريان الکتريکی سطحی ترين لايه الکترود به صورت يون مثبت رها شده و در آب رها می شود در صورتی که اين يون با باکتری ها، ويروس ها و ميکروب ها برخورد کند به علت نيروی الکترومغناطيسی جذب آن ها می شود و با محاصره کامل آن ها فرآيند گندزدايی کامل می شود

معمولا خزه ها و جلبک ها توسط يون های مس از بين می روند و باکتری ها و ويروس ها توسط يون نقره از بين می روند.
معمولا ميزان جريان توسط يک سيستم الکترونيکی کنترل می شود که توسط آن می توان با توجه به مشخصات آب تحت فرآيند، مانند ميزان ناخالصی و هدايت آب مقدار جريان را تنظيم نمود که اين اطلاعات در قسمت کنترل و ثبت نمايش داده می شود. همچنين در صورت قطع جريان آب نيز بايد الکترودها از مسير خارج شوند. با توجه به اين که يون ايجاد شده در آب خارجی ترين سطح الکترودها است و با توجه به اين که جريان الکتريکی از آند به سمت کاتد هدايت می شود لذا پيش بينی می شود که يکی از الکترودها سريع تر از ديگری تحليل می رود برای جلوگيری از اين فرآيند قسمت کنترل با ترتيب خاص محل الکترودهای مثبت و منفی را تعويض می کند تا ميزان تحليل هر دو به يک صورت انجام شود.

مزايای گندزدايی الکترونيکی آب
از مهم ترين مزايای اين روش حذف کامل ويروس، باکتری و خزه و جلبک به شکل همزمان است که اين اهداف با هيچ يک از روش های کنونی قابل اجرا نمی باشد.
همان طور که اشاره شد با آزاد سازی يون های مس و نقره در آب به علت مثبت بودن بار الکتريکی اين يون ها و همچنين پلاريته منفی غشا سلولی ميکرو ارگانيزم های موجود در آب توسط يونهای مثبت احاطه می شوند که اين امر از روند طبيعی جريان حيات اين سلول ها جلوگيری کرده باعث از بين رفتن آنها می شود. در مورد جلبک ها و خزه ها نيز يون های مس و نقره به آمينو اسيدهای حاوی گوگرد در پروتئين های لازم در فرآيند فتوسنتز هجوم برده باعث اختلال در اين فرآيند شده و مرگ زود هنگام سلول های جلبک و خزه را باعث می شود.
يکی ديگر از مزايای گند زدايی به روش الکترونيکی خاصيت ماندگاری اثر ضدعفونی است که تقريبا هيچ يک از روش های معمول چنين خاصيتی ندارد.