UV و ازن: یک ترکیب رویایی

کاربرد عملی و بازگشت سرمایه سیستم‌ ترکیبی ازن-UV برای گندزدایی استخر شنا

مرکز کنترل و پیشگیری از بیماری آمریکا (CDC)، مجدداً به استفاده از هر دو روش UV و ازن برای گندزدایی آب توصیه کرده است در نتیجه توصیه آنها، بخش جدیدی به قانون بهداشت و سلامت آب (MAHC) اضافه شده است که بر استفاده از این فناوری‏ به عنوان سیستم گندزدایی ثانویه (بعد از کلر) برای مبارزه با شیوع بیماری‌ها در استخرهای شنا تاکید می کند.

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

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

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

ادغام فناوری‏های UV و ازن

قطعاً می‏توان برای دستیابی به یک استراتژی گندزدایی دوگانه، سیستم مجزای تولید ازن را قبل یا بعد از یک سیستم UV نصب نمود که طبعاً نیازمند دو سیستم با نصب مجزا و هزینه ی بالا‏تر است. خوشبختانه برخی از لامپ‌های UV کم‏ فشار می‌توانند دو طول موج را منتشر 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 می توان از آنها، به صورت سیستمی یکپارچه جهت تولید همزمان UV و ازن برای فرآیندهای تصفیه آب استفاده کرد.

ایجاد یک “سیستم ترکیبی ازن-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 غلافی کوارتزی احاطه می‌شود. این غلاف دو عمل کلیدی را انجام می‌دهد: سدی فیزیکی بین لامپ و آب ایجاد می‌کند و همچنین اجازه می‌دهد که پرتوهای UV لامپ به سادگی به فاز آبی منتقل شوند. چنانچه لامپ‌های UV استفاده‎ شده، تک طول موج (معروف به لامپ گندزدا، لامپ‌هایی که فقط نور فرابنفش با طول موج nm 254 نشر می‌کنند) باشند، سیستم مذکور، یک سیستم UV سنتی است.

 

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

  • تعویض لامپ با مدل دو طول موجی
  • فراهم‏کردن ابزاری برای استخراج ازن ایجاد شده درون غلاف کوارتزی و تزریق آن به فاز آبی

در حالی که روش‌های مختلفی برای استخراج ازن از محیط غلاف کوارتزی وجود دارد، ساده‌ترین و عمومی‌ترین روش، 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 ۱۸۵ نانومتر، ازن را از هوا تولید می‌کند. هنگامی که بیش از یک لامپ مورد استفاده قرار گیرید، 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.

با وجود اینکه مقدار و غلظت ازن تولید شده کم است، می‌تواند سهم مهمی در گندزدایی و اکسید کنندگی 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)

سیستم ازن-UV به عنوان مکملی برای گندزدایی آب با کلر، با توجه به سهمی که در گندزدایی 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 ۲۸۰۰۰ گالن (۶۰ گالن در دقیقه) مورد بررسی قرار گرفته است. سیستم مذکور شامل یک دستگاه کلرزن نمکی و یک دستگاه ترکیبی ازن-UV تک‏لامپ (با محفظه‌ای از جنس فولاد ضدزنگ به قطر ۸ اینچ و طول ۳۰ اینچ) می‏باشد.

در مقایسه با یک دوره ۴۴ روزه در استخری بدون سیستم ازن-UV، بعد از یک دوره ۲۷ روزه همراه با سیستم ازن-UV، ۵۳% 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-UV برای استخری با هر ابعاد و 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 ۳۶۵ روز سال با سیانوریک اسید ۳۰ تا ppm 50 کار می کند) نگاهی می‏اندازیم.

آیتم سیستم با کلر مایع سیستم با کلسیم هیپوکلریت
حجم استخر (گالن) ۱۰۰.۰۰۰ ۱۰۰.۰۰۰
نوع کلر مورد استفاده سدیم هیپوکلریت (۱۲.۵%) کلسیم هیپوکلریت (۶۵%)
میزان مصرف کلر (پوند در روز کلر گازی برای هر ۱۰۰۰۰ گالن آب) بین ۰.۵ تا ۳ بین ۰.۵ تا ۳
میزان تقریبی کلر مورد نیاز در سال بین ۱۵۱۰ تا ۹۰۶۲ گالن بین ۲۸۰۸ تا ۱۶۸۴۶ پوند
قیمت هر واحد کلر بین ۱ تا ۲ دلار برای هر گالن بین ۱.۵ تا ۲.۵ دلار برای هر پوند
میزان مصرف اسید (مفروض برای ۱ گالن اسید به ازای هر ۱۵ گالن کلر) بین ۱۰۱ تا ۶۰۴ گالن بین ۱۸۷ تا ۱۱۲۳ گالن
قیمت هر گالن اسید ۳ دلار ۳ دلار
هزینه سالیانه کلر و اسید بین ۱۸۱۲ تا ۱۹۹۳۷ دلار بین ۴۷۷۳ تا ۴۵۴۸۵ دلار

 

اگر فرض کنیم یک سیستم ترکیبی ازن-UV مناسب برای استخر ۱۰۰.۰۰۰ گالنی، حول یک دوره سه ساله، برای کاربر نهایی هزینه‌‏ای معادل ۱۰۹۵۵ 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) ۱۰۰.۰۰۰
شدت جریان (گالن بر دقیقه) حداقل ۲۷۸ gpm برای ۴ گردش در روز
هزینه تجهیزات برای کاربر نهایی (یک بار خرید) ۸۰۰۰ دلار
هزینه نصب (یک بار) ۳۰۰ دلار
هزینه تعویض لامپ (با عمر ۱۳۰۰۰ ساعت) در یک دوره ۳ ساله ۱۵۰۰ دلار
هزینه برق تجاری برای یک سیستم ۴۰۰ وات در طول ۳ سال (به ازای ۰.۱۱ دلار برای هر کیلووات ساعت) ۱۱۵۵ دلار
هزینه کلی برای ۳ سال ۱۰۹۹۵ دلار

 

مهمترین موارد در این فرضیات، قیمت کلر و میزان مصرف کلر استخر (به صورت گاز کلر مورد نیاز بر حسب پوند برای ۱۰۰۰۰ گالن آب استخر در روز) می‏باشد. بر طبق مقررات بهداشتی، میزان ۳ پوند گاز کلر برای هر ۱۰۰۰۰ 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 مواردی که تعداد شناگران زیاد باشد 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-UV برای یک استخر روباز فرضی به ظرفیت ۱۰۰۰۰۰ گالن که با کلر مایع (۱۲.۵%) یا کلسیم هیپوکلریت (۶۵%) گندزدایی می شود را 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 ۱۰.۰۰۰ گالن در روز
۰.۵ ۱ ۱.۵ ۲ ۲.۵ ۳
۱ دلار ۶۷% ۵۱% ۴۰% ۳۴%
۱.۲۵ دلار ۸۴% ۵۶% ۴۲% ۳۳% ۲۸%
۱.۵ دلار ۷۱% ۴۸% ۳۶% ۲۹% ۲۴%
۱.۷۵ دلار ۶۲% ۴۱% ۳۱% ۲۵% ۲۱%
۲ دلار ۵۵% ۳۷% ۲۸% ۲۲% ۱۸%

 

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 ۱۰.۰۰۰ گالن در روز
۰.۵ ۱ ۱.۵ ۲ ۲.۵ ۳
۱ دلار ۷۷% ۳۸% ۲۶% ۱۹% ۱۵% ۱۳%
۱.۲۵ دلار ۶۷% ۳۳% ۲۲% ۱۷% ۱۳% ۱۱%
۱.۵ دلار ۵۹% ۳۰% ۲۰% ۱۵% ۱۲% ۱۰%
۱.۷۵ دلار ۵۳% ۲۷% ۱۸% ۱۳% ۱۱% ۹%
۲ دلار ۴۸% ۲۴% ۱۶% ۱۲% ۱۰% ۸%

 

جالب توجه است که سرمایه‌گذاری روی سیستم ترکیبی ازن-UV با کاهش مصرف کلر در حدود ۵۰% برای کلر مایع و ۳۰% 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-UV عبارت‏اند از:

  • آب سالم‏تر به دلیل قدرت UV و ازن برای از بین بردن میکرو ارگانیسم‌های مقاوم در برابر کلر
  • کاهش هزینه‌های بالقوه برای شوک دادن به استخر با کلر یا پراُکسی مونوسولفات پتاسیم به دلیل سهم اکسیداسیون سیستم ازن-UV
  • کاهش هزینه‏ های بالقوه سرمايه‏گذاری (Capital Costs) به دلیل کوچکتر شدن تجهیزات تزریق کلر
  • تولید بسیار کم کلرآمین‌ها به دلیل قدرت تخریب سیستم ازن-UV که باعث کم شدن بوی نامطبوع کلر، حساسیت کمتر برای شناگران و خوردگی کمتر می‌شود.

بنابراین از منظر ROI، ترکیب UV و ازن برای استخرهای شنا، روشی نویدبخش و عملی است. بعلاوه، کاهش تولید کلرآمین‏ها و افزایش قدرت اکسیداسیون، ازجمله نکاتی است که پیاده‌سازی سیستم ازن-UV را به اقدامی بسیار منطقی تبدیل کرده است.

اشتراک گذاری

Share on facebook
Share on twitter
Share on pinterest
Share on linkedin
Share on telegram
Share on whatsapp
Share on tumblr

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

برای دریافت کتابچه الکترونیکی (eBook)فرم زیر را پر کنید!