گندزداهای ترکیبی

گندزداهای ترکیبی

در سال های اخیر استفاده ی متوالی و یا همزمان از دو یا چند گندزدا در تصفیه ی فاضلاب مورد توجه بوده است. استفاده از گندزداهای چند گانه مزایای زیر را دارد.

• باعث افزایش کارایی می شود

فناوری های گندزدایی، مکانیسم های متفاوتی دارند و بازدهی گندزدایی هر گندزدا بر روی گونه های مختلف میکروبی متفاوت است در نتیجه کاربرد چند گندزدا باعث غیرفعال شدن گستره ی وسیع تری از پاتوژن ها می شود. برای مثال ترکیب فرابنفش و کلر می تواند کریپتواسپوریدیوم را غیر فعال کند که در مقابل کلر مقاوم بوده و به فرابنفش حساس است همچنین آدنوویروس ها نیز غیر فعال می شوند که در مقابل فرابنفش مقاوم بوده و به کلر حساس هستند.

• اثرات هم افزایی

کاربرد همزمان چند گندزدا(گندزداهای ترکیبی) باعث افزایش اثر غیرفعال سازی گندزداها می شود. برای مثال پرتو فرابنفش تولید رادیکال های ناشی از ازن را تسهیل می کند و ازن باعث افزایش قدرت نفوذ فرابنفش به درون آب می شود. PAA و اولتراسوند باعث آسیب دیواره ی سلولی می شوند و آن ها را ضعیف نموده و دوز مصرفی برای نابودی آن ها کاهش می یابد.

• فرآورده های جانبی گندزدایی

ترکیب چند گندزدا باعث کاهش تولید فرآورده های چانبی گندزدایی می شود. برای مثال ترکیب کلرزنی و فرابنفش، دوز مصرف مواد شیمیایی را کاسته و زمان تماس را کوتاه تر می کند. این عمل باعث کاهش تولید HAA و THMs می شود که در کلرزنی تنها تولید می شوند. کاربرد همزمان کلر آزاد و کلر ترکیبی باعث کاهش تشکیل THMs، HAA و NDMA می شود که در هنگام استفاده از کلرزنی تا نقطه ی شکست و با کاربرد تنهای کلرآمین ها تولید می شوند.

• باقی مانده

وجود باقی مانده ی گندزدا در کاربرد مجدد پساب هم مهم است زیرا مانع گرفتگی بیولوژیکی لوله ها و افشانک های آبیاری بارانی و قطره ای شده و تولید بو و رشد جلبک در مخازن را به حداقل می رساند. ترکیب گزینه های گندزدایی مانند ازن و پرتو فرابنفش(که گندزداهای قدرتمندی هستند اما باقی مانده ندارند) با مواد شیمیایی پایدارتر مانند کلرآمین ها نیاز به باقی مانده ی گندزدا را تامین می کند.

• اکسیداسیون

برخی از گندزداها علاوه بر گندزدایی قادرند آلاینده های نوپدید مانند NDMA و فرآورده های دارویی مراقبتی را اکسیده کنند. افزودن این فناوری ها به سامانه ی گندزدایی چند گانه، باعث کاهش مقدار این آلاینده های نوپدید در پساب می شود.

• راهبری

استفاده از چند سیستم گندزدایی، انعطاف پذیری راهبرب را بیشتر می کند و امکان استفاده ی مجزای هر گندزدا در موقع لزوم فراهم می شود. برای مثال از زیر ساخت های کلرزنی موجود می توان برای کنترل گرفتگی بیولوژیکی فیلتر ها و تجهیزات UV، گندزدایی جریان فاضلاب در روزهای بارانی و یا پشتیبان سیستم UV بهره برد.

• هزینه

استفاده از سیستم های چند گانه (گندزداهای ترکیبی) می تواند مقرون به صرفه تر باشد. برای مثال اگر همراه پرتو فرابنفش کلرزنی نیز به کار رود نیاز به طراحی بیش از اندازه ی UV برای گونه های مقاوم و شرایط بارانی مرتفع می شود. این مورد به ویژه هنگامی که زیر ساخت های کلرزنی موجود باشند به صرفه خواهد بود. در عین حال، بایستی اطمینان حاصل نمود که مواد موجود مانند پلاستیک ها، مواد الاستیکی و مواد آب بند در برابر گندزدای اضافی تحمل دارند.

معایب بالقوه ی گندزداهای ترکیبی این است که کنترل فرآیند پیچیده تر می شود و هزینه های سرمایه گذاری بالا می رود. در عین حال اگر سیستم موجود قادر به تامین استانداردهای میکروبی پساب نباشد یا اینکه یک روش گندزدایی برخی از ارگانیسم های مدنظر مقررات را نتواند حذف نماید یا حذف آلاینده های نوپدید الزامی می شود و یا ظرفیت تصفیه خانه اضافه شود، بایستی سیستم های چند گانه ی گندزدایی مورد توجه باشند.

در ادامه راجع به کاربرد سیستم های چند گانه(گندزداهای ترکیبی) فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته(AOPs) که تولید رادیکال های آزاد هیدروکسیل نموده و قادرند ترکیبات مختلفی را اکسید کنند. فرآیندهایی که در این جا بحث می شوند عبارتند از: کاربرد ازن و هیدروژن پراکسید و UV با پراستیک اسید، در ادامه راجع به ترکیب UV و کلرزنی، کاربرد متوالی کلر و کلرآمین ها و ترکیب کاویتاسیون اولتراسونیک با سایر گندزداها بحث می شود. بایستی اشاره کرد که هرچند سیستم های چند گانه مزایایی دارند، اما تعداد کمی از آن ها در مقیاس واقعی به کار رفته اند.

ازن و پراکسید هیدروژن

ازن به تنهایی یک گندزدا است اما این ماده به طور خود به خود تجزیه شده و تولید رادیکال های هیدروکسیل می کند که قادر است ترکیبات مختلفی را اکسیده کند. پر اکسید هیدروژن باعث افزایش سرعت تجزیه ی ازن شده و مقدار رادیکال های هیدروکسیل را افزایش می دهد و باعث سرعت اکسیداسیون می شود.

سازمان آب جنوب کالیفرنیا تحقیقات زیادی در این زمینه انجام داده است. این فرآیند که معمولا پرکسون نامیده می شود برای کنترل مواد آلی و مواد تولید کننده ی بو در آب شرب به کار رفت در حالی که برای تامین مقادیر CT به منظور تضمین گندزدایی، مقدار ازن مولکولی در حد مناسبی فراهم شد. یکی از گزارشات U.S.EPA که در سال 1999 انجام شد نشان می دهد پراکسون در غیرفعال نمودن پاتوژن ها مشابه ازن بوده و یا از آن موثر تر است.

اما در یک تحقیق جدید مشخص شد که پراکسید هیدروژن باعث کاهش بازدهی گندزدایی ازن در پساب تصفیه ی ثانویه می شود و ازن به تنهایی گندزدایی موثری است. همانند سایر کاربردهای ازن احتمال تشکیل یرومات ها که حداکثر غلظت مجاز آن 10 میکروگرم بر لیتر است، کاربرد آن را در شرایط خاص محدود می کند.

فرابنفش و ازن

لاندیس و همکاران نشان دادند که ترکیب قابلیت های ازن ( اکسیداسیون طعم و بو، غیر فعال کردن ویروس ها، حذف مواد آلی) و فرابنفش (غیر فعال کردن کریپتواسپوریدیوم ، ژیاردیا و سایر پاتوژن ها) یک راهبرد مقرون به صرفه ار تصفیه ی آب است. ترکیب این دو احتمال تشکیل فرآورده های جانبی کلرینه را کاهش می دهد، اما ممکن است برومات ها تشکیل شوند که حداکثر غلظت مجازشان 10 میکروگرم بر لیتر است. این ترکیب باعث تشدید اثر گندزدایی می شود زیرا ازن باعث افزایش قدرت نفوذ پرتو فرابنفش به داخل فاضلاب می شود و در نتیجه توان پرتو فرابنفش مورد نیاز کاهش می یابد. در یک مطالعه استفاده از 1 تا  5  ازن و متعاقب آن استفاده از پرتو فرابنفش با دوز 40 میلی  ژول بر سانتی متر مکعب غلظت کلیفرم مدفوعی را به پایین تر از حد قابل اندازه گیری کاهش داد. در حالی که برای رسیدن به این مقدار کاهش دوز فرابنفش تنها 100میلی ژول بر سانتی متر مربع بود. معلوم شده است که پرتو فرابنفش و ازن می توانند فاضلاب را به طور موثر گندزدایی کنند و مقدار ترکیبات دارویی و مراقبتی را کاهش دهند. بنجامین و همکاران بر مبنای آنالیز هزینه ی بیست ساله محاسبه نمودند که ترکیب فرابنفش و ازن نسبت به ازن تنها، اقتصادی تر است.

پرتو فرابنفش و پر اکسید هیدروژن

ترکیب پراکسید هیدروژن و  UV/H2O2) UV)  معمولا به عنوان فرآیند اکسیداسیون پیشرفته به کار می رود که در تخریب الاینده های نوپدید مانند NDMA و بسیاری از ترکیب مختل کننده ی متابولیسم موثر است. یکی دیگر از مزایای این ترکیب آن است که پراکسید در پساب تجزیه شده و به نسبت 2 به 1 به اکسیژن تبدیل می شود و در نتیجه اکسیژن محلول پساب افزایش می یابد. در عین حال، دوز مورد نیاز UV در این کاربرد، ده برابر پیش از مقدار لازم آن برای گندزدایی است و ترکیبات هدف نیز ممکن است تولید فرآورده های جانبی نمایند.

توالی کاربرد گندزداها بر بازدهی گندزدایی و اکسیداسیون اثر می گذارد. کوئیونن- تانسکی (2005) دریافتند که استفاده از H2O2 و پس از آن فرابنفش باعث کاهش اثر گندزدایی می شود. به عبارت دیگر، ترکیب دو گندزدا نسبت به مجموع اثر منفرد هر کدام، بازدهی کمتری دارد. هنگامی که به سیستم UV پر اکسید اضافه شود، بلافاصله رادیکال های آزاد هیدروکسیل تشکیل می شوند. این واکنش با واکنش گندزدایی رقابت می کند و باعث کاهش دوز UV موثر و مقدار پراکسید در دسترس می شود. در نتیجه افزودن پراکسید در میان واحدهای UV باعث بهبود حذف مواد آلی می شود. برای مثال پرتو فرابنفش NDMA را به DNA(پیش ساز NDMA) تجزیه می کند. DNA نسبت به پرتو UV مقاوم است. اما نسبت به UV/H2O2 حساس است. در نتیجه، ترکیب این دو باعث می شود که ابتدا پرتو فرابنفش NDMA را به DMA تبدیل کند و سپس DMA حذف شود و امکان شکل گیری مجدد NDMA ازDMA بین برود. سازمان آب منطقه ی اورنج در کالیفرنیا از ترکیب UV/ H2O2 برای بازیابی از فاضلاب به منظور تغذیه ی سفره های زیر زمینی استفاده می کند. به نظر می رسد این سیستم در مقابل آلاینده های نگران کننده سد مناسبی باشد.

پرتو فرابنفش و پِراستیک اسید(PAA)

در بک مطالعه امکان استفاده از فاضلاب شهری برای تامین آب و مواد مغذی یک نهالستان بررسی شد. صاف سازی و گندزدایی پساب PAA/UV اشرشیاکلای و کل کلیفرم ها را مقدار کمتر از حد قابل اندازه گیری حذف کرد. یک مطالعه ی دیگر نشان داد که استفاده از 2 تا 10mg/L از PAA و پس از آن پرتو فرابنفش با دوز  40 میلی ژول بر سانتی متر مربع باعث کاهش کل کلیفرم ها به کمتر از قابل اندازه گیری می شود. برای رسیدن به نتیجه دوز پرتو فرابنفش تنها 100 میلی ژول بر سانتی متر مربع بود. کاربرد بالاترین مقدار PAA یعنی 10 میلی گرم بر لیتر با زمان تماس 5 دقیقه و کاربرد متعاقب پرتو فرابنفش با دوز تنها  10 میلی ژول بر سانتی متر مربع مقدار کلیفرم مدفوعی را به کمتر از حد قابل اندازه گیری رساند.

کوئینونن و هینونن- تانسکی(2005) اثرات هم افزایی PAA/UV را بررسی نمودند تا ببینند تصفیه ی ترکیبی موثرتر است یا مجموع اثر کاربرد مجزای دو فناوری. در تمام باکتری های روده ای آزمون شده، ترکیب دو روش، بازده گندزدایی را افزایش داد اما اثر هم افزایی در مورد کلیفاژ MS2  بارز نبود.

کارتی و لوبلا(2003) به مدت چهار ماه یک مطالعه ی پایلوت را با چهار گزینه انجام دادند:PAA منفرد،افزودن PAA قبل از فرابنفش  (PAA+UV) و افزودن PAA پس از پرتودهی فرابنفش (PAA+UV). در شرایط آزمایش مورد بررسی ( 2 تا 8 میلی گرم بر لیتر پر استیک اسید با زمان ماند 10 تا 30 دقیقه و  100 تا 300 میلی ژول بر سانتی متر مربع پرتو UV ) پراستیک اسید و پرتو فرابنفش به تنهایی نتوانستند محدودیت میکروبی را محقق کنند. استفاده از پرتو فرابنفش و PAA باعث بهبود کارایی گندزدایی شد و کاربرد پراستیک اسید و UV حتی موثرتر بود. در مورد اخیر، بالاتر بودن کارایی به تشکیل رادیکال های آزاد ناشی از فوتولیز PAA در حضور پرتو فرابنفش نسبت داده شد.

گندزداهای ترکیبی در آب گندزداهای ترکیبی در فاضلاب گندزداهای  ترکیبی در صنعت