UV و ازن: یک ترکیب رویایی

UV و ازن: یک ترکیب رویایی

خلاصه مطلب
کاربرد عملی و بازگشت سرمایه سیستم‌های ترکیبی ازن ـ UV مورد استفاده در تسهیلات آبی مرکز کنترل و پیشگیری از بیماری آمریکا (CDC) ، مجدداً تمایل خود را به استفاده از هر دو روش UV و ازن افزایش داده است و در نتیجه توصیه آن‏ها، کُد...

جدول سر تیترها

کاربرد عملی و بازگشت سرمایه سیستم‌های ترکیبی ازن ـ UV مورد استفاده در تسهیلات آبی

مرکز کنترل و پیشگیری از بیماری آمریکا (CDC) ، مجدداً تمایل خود را به استفاده از هر دو روش UV و ازن افزایش داده است و در نتیجه توصیه آن‏ها، کُد چهارمی به قانون بهداشت و سلامت آبی (MAHC) افزوده شده است تا از این فناوری‏ ها به عنوان ضدعفونی ‏کننده ثانویه (بعد از کلر) برای مبارزه با شیوع بیماری‌ها در تسهیلات آبی استفاده شود.

مزایای ویژه ترکیب ازن ـ UV به تشکیل رادیکال‌ های هیدروکسیل مربوط بوده و “قدرت سه ‏گانه” سبب افزایش راندمان اکسیداسیون و گندزدایی می‌شود. برخی از مزایای سیستم ترکیبی UV و ازن در یک استراتژی گندزدایی دوگانه برای تصفیه آب، بدین شرح است:

  1. اثربخشی سینرژیک (هم‏افزا) گندزدایی در مقابل طیف وسیعی از میکروارگانیسم‏‏ها (به ویژه مقاوم در برابر کلر)
  2. کاهش چشمگیر مصرف کلر
  3. کاهش مصرف مواد شیمیایی
  4. نابودی کلرآمین‏ها که سبب حذف بوی نامطبوع و طبیعت خورنده این ترکیبات می‏شود.
  5. دوستدار محیط زیست (هیچ‏گونه ترکیب شیمیایی وارد آب نمی‏شود)
  6. صرفه‏ جویی در مصرف آب و انرژی لازم جهت گرمایش آن
  7. اکسیداسیون مواد آلی
  8. تولید آب با کیفیت استثنایی

با توجه به این موارد، UV ـ ازن، یک ترکیب رویایی است که بکارگیری آن‏ در فرآیند تصفیة آب، هم کاربردی و هم مقرون ‏به‏ صرفه است.

ادغام فناوری‏های UV و ازن

قطعاً می‏توان برای دستیابی به یک استراتژی گندزدایی دوگانه، یک سیستم مجزای تولید ازن را قبل یا بعد از یک سیستم UV نصب نمود که طبعاً نیازمند دو سیستم با نصب مجزا و هزینه گران‏تر است. خوشبختانه برخی از لامپ‌های UV کم‏ فشار می‌توانند دو طول موج را نشر کنند:

  • نور فرابنفش nm 185 برای ایجاد ازن
  • نور فرابنفش nm 254 برای غیرفعال‌سازی میکروارگانیسم‌ها

قیمت این لامپ‌های دو طول موجی در حدود لامپ‌های UV تک طول موج است و می‌توانند به صورت سیستم یکپارچه جهت تولید همزمان UV و اوزن برای فرآیندهای تصفیه آب استفاده شوند.

ایجاد یک سیستم ترکیبی ازن ـ UV نیازمند فهم اساسی از چگونگی پیکربندی سیستم UV کم‏ فشار سنتی است. در چنین سیستم‌هایی، لامپ‌های UV در یک مجرا به گونه‏ای قرار می‌گیرند که آب در حال عبور، در معرض اشعه‌های UV قرار بگیرد. برای این منظور، هر لامپ با یک غلاف شیشة کوارتز احاطه می‌شود. این غلاف دو عمل کلیدی را انجام می‌دهد: یک سد فیزیکی بین لامپ و آب ایجاد می‌کند؛ همچنین اجازه می‌دهد پرتوهای UV لامپ به سادگی به درون فاز آبی منتقل شوند. چنانچه لامپ‌های UV استفاده‎شده، تک طول موج (معروف به لامپ گندزدا ـ لامپ‌هایی که فقط نور فرابنفش با طول موج nm 254 نشر می‌کنند) باشند، سیستم مذکور، یک سیستم UV سنتی است.

UV و ازن: یک ترکیب رویایی

برای تبدیل یک سیستم سنتی به سیستم ترکیبی ازن ـ UV ، به دو مرحله کلیدی نیاز است:

  1. تعویض لامپ با مدل دو طول موجی
  2. فراهم‏کردن ابزاری برای استخراج ازن ایجادشده درون غلاف کوارتز و تزریق آن به درون فاز آبی

در حالی که انواع مختلفی از روش‌ها برای استخراج ازن از محیط غلاف وجود دارد، ساده‌ترین و عمومی‌ترین آن، استفاده از لوله ونتوری است. ونتوری، قسمت‌های متحرک ندارد و می‌تواند از جریان آب درون لوله، برای ایجاد مکش یا بیرون‏ کشیدن ازن استفاده نماید. وقتی آب از درون لوله‌کشی عبور می‌کند، ونتوری، هوا را از منبعی که به آن متصل است، استخراج می‏نماید. اگر ونتوری با کمک لوله به محیط غلاف حول لامپ متصل شده باشد، هوای جذب‏ شده، حاوی ازن خواهد بود، زیرا لامپ UV با استفاده از طول موج 185 نانومتر، ازن را از هوا تولید می‌کند. هنگامی که بیش از یک لامپ استفاده شود، یک منیفولد (چندراهه) ساده می‌تواند هوای جذب ‏شده از تمام غلاف‏ها را ترکیب نماید.

وقتی آب حاوی ازن وارد محفظه می‌شود، با نور UV 254 نانومتر برخورد می‌کند. این نور از غلاف شیشه‌ای اطراف لامپ عبور نموده، به آب منتقل می‏شود و مولکول‏های ازن را به رادیکال‌های هیدروکسیل تبدیل می‌نماید.

UV و ازن: یک ترکیب رویایی

با وجود آن که کمیت و غلظت ازن تولیدشده کم است، می‌تواند سهم مهمی در گندزدایی و  اکسندگی داشته باشد. تزریق ازن می‌تواند قبل یا بعد از لامپ UV انجام شود، اما به منظور تشکیل رادیکال هیدروکسیل، باید قبل از محفظة UV تزریق شود. وقتی به این روش عمل شود، هیچ باقی‏مانده‌ای در محفظه بر جا نمی‌ماند، زیرا نیمه عمر رادیکال هیدروکسیل به اندازه کسری از ثانیه است؛ در نتیجه، هیچ اتاقکی برای تخلیه یا تخریب ازن، مورد نیاز نیست.

بازگشت سرمایه (ROI) برای تسهیلات آبی

سیستم ازن ـ UV به عنوان یک روش مکمل همراه با کلر برای تصفیة آب، با توجه به سهمی که در ضدعفونی و اکسیداسیون دارد، منجر به کاهش هزینه‌های سالیانه مواد شیمیایی و کلر می‏شود. این موضوع به عنوان نمونه در یکی از استخرهای شنای تاسیسات صنایع Hayward به ظرفیت 28000 گالن (60 گالن در دقیقه) مورد بررسی قرار داده شد. سیستم مذکور شامل یک دستگاه کلرزن نمکی و یک دستگاه ترکیبی اوزن ـ UV تک‏لامپ (با محفظه از جنس فولاد ضدزنگ به قطر 8 اینچ و طول 30 اینچ) می‏باشد.

در مقایسه با یک دوره 44 روزه که استخر بدون سیستم ازن ـ UV فعالیت نمود، بعد از یک دوره 27 روزه همراه با سیستم ازن ـ UV ، 53% کاهش در مصرف کلر مشاهده شد. باید توجه نمود که کاهش مصرف کلر در سایر استخرها، بسته به حجم آب، گردش آب، روش تصفیه، بارگیری، موقعیت جغرافیایی، تابش نور خورشید و سایر فاکتورهای محیطی، متفاوت می‏باشد.

با فرضیات مناسب، بازگشت سرمایه سیستم مکمل ازن ـ UV برای هر اندازه‌ای از استخر با هر نوع روش کلرزنی، قابل تخمین است. در این راستا، به دو مثال با استفاده از فرضیات بیان ‏شده در جدول زیر (برای یک استخر تفریحی روباز که 365 روز در سال با سیانوریک اسید 30 تا ppm 50 کار می کند) نگاهی می‏اندازیم.

آیتم سیستم با کلر مایع سیستم با کلسیم هیپوکلریت
حجم استخر (گالن) 100.000 100.000
نوع کلر مورد استفاده سدیم هیپوکلریت (12.5%) کلسیم هیپوکلریت (65%)
میزان مصرف کلر (پوند در روز کلر گازی برای هر 10000 گالن آب) بین 0.5 تا 3 بین 0.5 تا 3
میزان تقریبی کلر مورد نیاز در سال بین 1510 تا 9062 گالن بین 2808 تا 16846 پوند
قیمت هر واحد کلر بین 1 تا 2 دلار برای هر گالن بین 1.5 تا 2.5 دلار برای هر پوند
میزان مصرف اسید (مفروض برای 1 گالن اسید به ازای هر 15 گالن کلر) بین 101 تا 604 گالن بین 187 تا 1123 گالن
قیمت هر گالن اسید 3 دلار 3 دلار
هزینه سالیانه کلر و اسید بین 1812 تا 19937 دلار بین 4773 تا 45485 دلار

اگر فرض کنیم یک سیستم ازن ـ UV مناسب برای استخر 100.000 گالنی، حول یک دوره سه ساله، برای کاربر نهایی هزینه‌‏ای معادل 10955 دلار (مطابق جدول زیر) داشته باشد، میزان ضروری برای کاهش مصرف کلر تا رسیدن به یک بازگشت سرمایه سه ساله، قابل محاسبه است.

آیتم مقدار
حجم استخر (گالن) 100.000
شدت جریان (گالن بر دقیقه) حداقل gpm 278 برای 4 گردش در روز
هزینه تجهیزات برای کاربر نهایی (یک بار خرید) 8000 دلار
هزینه نصب (یک بار) 300 دلار
هزینه تعویض لامپ (با عمر 13000 ساعت) در یک دوره 3 ساله 1500 دلار
هزینه برق تجاری برای یک سیستم 400 وات در طول 3 سال (به ازای 0.11 دلار برای هر کیلووات ساعت) 1155 دلار
هزینه کلی برای 3 سال 10995 دلار

مهمترین موارد در این فرضیات، قیمت کلر و میزان مصرف کلر استخر (به صورت گاز کلر مورد نیاز بر حسب پوند برای 10000 گالن آب استخر در روز) می‏باشد. بر طبق مقررات بهداشتی، میزان 3 پوند گاز کلر برای هر 10000 گالن در روز، مورد نیاز است. این میزان از کلر، بسیار زیاد است و به طور معمول در اکثر استخرها مورد نیاز نیست؛ مگر در موارد بارگیری بالا که ممکن است در برخی شرایط رخ دهد. بنابراین برای ROI موجود در جداول پیش رو، دامنه‌ای از مقادیر مصرفی کلر و همچنین دامنه‌ای از قیمت‌های کلر مایع و هیپوکلریت کلسیم برای به‏ نمایش ‏گذاشتن محدوده‏ای از شرایط اجرایی مشابه استخرهای واقعی، استفاده شده است.

جداول زیر، درصد مورد نیاز کاهش مصرف کلر را برای رسیدن به یک ROI سه ساله در مورد سیستم ازن ـ UV برای یک استخر سرباز فرضی به ظرفیت 100.000 گالن، فعال با کلر مایع (12.5%) یا کلسیم هیپوکلریت (65%) خلاصه نموده است.

درصد مورد نیاز کاهش کلر (سیستم کلر مایع) برای رسیدن به ROI سه ساله
قیمت هر گالن کلر مایع میزان پوند کلر مورد نیاز برای هر 10.000 گالن در روز
  0.5 1 1.5 2 2.5 3
1 دلار 67% 51% 40% 34%
1.25 دلار 84% 56% 42% 33% 28%
1.5 دلار 71% 48% 36% 29% 24%
1.75 دلار 62% 41% 31% 25% 21%
2 دلار 55% 37% 28% 22% 18%
   
درصد مورد نیاز کاهش کلر (سیستم کلسیم هیپوکلریت) برای رسیدن به ROI سه ساله
قیمت هر پوند کلسیم هیپوکلریت میزان پوند کلر مورد نیاز برای هر 10.000 گالن در روز
  0.5 1 1.5 2 2.5 3
1 دلار 77% 38% 26% 19% 15% 13%
1.25 دلار 67% 33% 22% 17% 13% 11%
1.5 دلار 59% 30% 20% 15% 12% 10%
1.75 دلار 53% 27% 18% 13% 11% 9%
2 دلار 48% 24% 16% 12% 10% 8%
               

جالب توجه است که سرمایه‌گذاری بر روی سیستم ازن ـ UV با کاهش مصرف کلر در حدود 50% برای کلر مایع و 30% برای کلسیم هیپوکلریت در اکثر موارد، سبب بازگشت سرمایه در یک دوره سه ساله خواهد شد. پس از این زمان، مزایای مالی، شامل حال کاربر نهایی می‌گردد. سایر مزایای مهم سیستم ترکیبی ازن ـ UV عبارت‏اند از:

  • آب سالم‏تر به دلیل قدرت کُشندگی UV و ازن برای میکروارگانیسم‌های مقاوم به کلر
  • کاهش هزینه‌های بالقوه برای شوک به استخر با کلر یا پراُکسی مونوسولفات پتاسیم به دلیل سهم اکسیداسیون سیستم ازن ـ UV
  • کاهش هزینه‏ های بالقوه سرمايه‏گذاری (Capital Costs)به دلیل کوچکترشدن تجهیزات خوراک‌دهی کلر
  • تولید بسیار کم کلرآمین‌ها به دلیل قدرت مخرب سیستم ازن ـ UV که سبب ایجاد کمتر بوی کلر، حساسیت کمتر برای شناگران و پتانسیل خوردگی کمتر می‌شود.

نتیجه ‏گیری

از منظر ROI ، ترکیب UV و ازن برای یک واحد تسهیلات آبی، روشی نویدبخش و عملی است. بعلاوه، کاهش تولید کلرآمین‏ها و افزایش قدرت اکسیداسیون، حتی نکات قانع کننده‌تری برای پیاده‌سازی سیستم ازن ـ UV هستند.

مقالات مرتبط
نظرات
نظرات خودتان را در مورد این مطلب بیان کنید