تصفیه و گندزدایی الکترونیکی

 

نویسنده: دکتر یوسف سلیم پور

 

تجهیزات حرارتی و برودتی از اجزای اصلی ساختمان‌ها و بناهای مورد استفاده انسان‌ها به شمار می رود و به علت این ارتباط نزدیک با شرایط زیست محیطی انسان، یکی از منابع نفوذ و گسترش  آلودگی نیز به شمار می‌رود؛ به خصوص در بیمارستان‌ها و مراکز درمانی این مسئله بسیار حادتر است، لذا کنترل میکروارگانیزم‌ها در حرارت و برودت بسیار حیاتی به نظر می‌رسد، تا علاوه بر کنترل آلودگی میکروبی و ویروسی محیط‌های انسانی از اثرات مخرب میکروارگانیزم‌ها در تجهیزات حرارتی و برودتی نیز جلوگیری شود.

تصفیه آب به روش یون سازی یکی از شیوه های نوین جهت حذف میکروارگانیزم‌های موجود در  آب مانند میکروب‌ها، ویروس‌ها و باکتری‌ها است. هر چند خاصیت میکروب زدایی فلزاتی چون نقره و  مس از زمان‌های قدیم بر انسان‌ها پوشیده نبوده است، ولی از ظهور اولین سیستم های تجاری تاکنون زمان زیادی نمی‌گذرد. این روش‌ها برای اولین بار توسط مؤسسات تحقیقاتی فضایی به عنوان روشی  جهت جایگزینی کلر در تصفیه آب استفاده شده، ولی به مرور زمان و با توجه به مزایای فراوانی که  نسبت به روش‌های معمول گندزدایی در این فناوری وجود دارد، جایگاه مناسبی در بازار تجاری برای  آن لحاظ شده و به سرعت در حال گسترش می‌باشد. هم اکنون از کلر به عنوان ماده ضدعفونی کننده  استفاده می‌شود که این ماده علاوه بر مضر بودن برای سلامتی انسان، توانایی حذف همه میکروارگانیزم ها  را دارا نمی‌باشد؛ به عنوان مثال کلر بر روی ویروس‌ها تقریبا هیچ اثری ندارد، لذا استفاده از روشی که  نخست توانایی حذف تمامی میکرو ارگانیزم‌ها از جمله میکروب‌ها، باکتری‌ها و ویروس‌ها را دارا باشد  و دوم این که کمترین ضرر را برای سلامتی انسان داشته باشد و در آخر بتوان آن را به آسانی راه اندازی  و نگهداری نمود، قاعدتا، متد نوین و برتری خواهد بود و به نظر می‌رسد روش تصفیه الکترونیکی آب  علاوه بر دارا بودن محاسن کلر، از برتری‌هایی چون حذف تمامی میکرو ارگانیزم‌ها، سازگاری با محیط  زیست، نصب، راه اندازی و نگهداری آسان، کنترل دقیق عملکرد و هزینه های اقتصادی کمتر نسبت به  روش‌های معمول نیز برخوردار است. در این مقاله ابتدا به اثرات میکروارگانیزم‌ها در حرارت و برودت  اشاره شده و سپس به مبانی عملکرد روش آیونایزور پرداخته می‌شود و سپس کاربرد آن در تهویه  مطبوع بررسی شده و مزایای آن نسبت به روش‌های معمول کنترل میکروارگانیزم ها مورد تحلیل و  بررسی قرار می گیرد.

تجهیزات حرارتی و برودتی که بر مبنای آب خنک بنا شده است، به خصوص در مواردی که چرخش  آب به صورت مدار باز بوده و آب به طور مستقیم با هوا در ارتباط است، شرایط مناسبی برای رشد و  تکثیر میکروارگانیزم‌ها فراهم می‌شود که این فرایند ۱- اولا باعث گسترش آلودگی در محیط زیست  انسان‌ها شده و می‌تواند سر منشاء بسیاری از بیماری‌ها باشد ۲- اثرات مخربی بر تجهیزات حرارتی و برودتی از جهت افزایش خوردگی و کاهش بازدهی  بر جای می گذارد.

گردش آب در تجهیزات حرارتی و برودتی به خصوص در مواردی مانند برج های خنک کن  که آب با هوا نیز در ارتباط است، شرایط بسیار  مناسبی جهت رشد باکتری‌ها، قارچ ها و جلبک‌ها  فراهم می‌شود که با تجمع این میکروارگانیزم ها در سطح مبدل‌ها و لوله ها، لایه ای از مواد آلی  تشکیل می‌شود که به مرور زمان بر ضخامت این  لایه آلی افزوده شده و فرآیند زیستی این لایه  باعث بروز خوردگی در سطوح مختلف می‌شود و  به علت کاهش ضریب تبادل حرارتی، بازدهی مبدل  حرارتی نیز کاهش پیدا می‌کند. میکروبیولوژی  لایه مواد آلی نشان می‌دهد که انواع  میکروارگانیزم‌های منتقل شونده از طریق هوا و  از طریق آب، قابل تشخیص هستند که به طور  عمده عبارتند از باکتری‌های SPORE_  FORMING ، باکتری‌های  NITRIFYING، باکتری های  NITROGEN – FIXING، باکتری‌های DENITRIFYING باکتری های SULFATE – REDUCING  و باکتری های  IRON، دو نوع قارچ به طور معمول در سیستم های  حرارتی و برودتی قابل مشاهده است که شامل  قارچ های کپکی و قارچ‌های مخمری هستند. خزه ها نیز که خود نوعی میکروب با مکانیزم  فتوسنتز هستند در آب‌های استفاده شده در  حرارت و برودت یافت می‌شوند که از نوع خزه های آبی سبز می‌باشند. یکی از دلایل اصلی پیدایش رگه های سبز  رنگ در برج‌های خنک کن وجود خزه ها در  آب‌های در گردش است. این تنوع میکروارگانیزم ها  بیانگر ضرورت یک استراتژی مشخص جهت  کنترل آن‌ها در تجهیزات حرارتی و برودتی است.

گندزدایی و تصفیه الکترونیکی آب 

انسان از دیرباز با مشکل آلودگی آب روبرو  بوده است. بنا به اسناد تاریخی، یونانیان باستان برای نخستین بار به خاصیت گندزدایی مس پی  بردند. مصریان نیز آب مصرفی خود را برای مدت  طولانی در ظرف‌های نقره نگهداری می‌کردند و  یا در میان قشر فقیر با قرار دادن سکه های نقره  در داخل ظرف حاوی آب شرب، از فساد آن جلوگیری می‌کردند که این امر حاکی از آشنایی  انسان با خاصیت پاک کنندگی مس و نقره است.

امروزه مس به عنوان بهترین نابود کننده جلبک و  خزه شناخته شده است. از اکسید مس و سولفات  مس در صنعت به عنوان ضد خزه و نابود کننده  قارچ استفاده می‌شود. با اضافه کردن مس به رنگ  و محافظ چوب، خاصیت ضد قارچ و ضد خزه به  آن داده می‌شود.

استفاده از خاصیت ضد عفونی نقره نیز بسیار  متداول است. معمولا از سکه های نقره ای برای  جلوگیری از فساد شیر استفاده می‌شود. فلز نقره  به عنوان یک ضد باکتری قوی در افرادی که در  معرض سوختگی قرار گرفته اند، استفاده می شود و چند قطره از محلول نیترات آن، می‌تواند از چشم  نوزادان در مقابل اثرات عفونت ناشی از بیماری  سوزاک جلوگیری کند.

هر چند این فناوری برای اولین بار توسط  NASA در سفینه فضایی آپولو به کار رفت، ولی در  حال حاضر این تصفیه کننده ها در نیمی از خطوط  هوایی جهان استفاده می‌شوند و اکثر کشتی‌های  مسافربری به این سیستم مجهز هستند.

هنگامی که یون‌های نقره و مس در آب آزاد می‌شوند، تبدیل به ذرات کاتیونی می‌شوند که نقش یک ویروس‌کش و میکروب‌کش قوی با  قابلیت نابودی فراوان را بازی می‌کنند. عمل  گندزدایی زمانی آغاز می‌شود که سطح خارجی  میکروارگانیزم‌ها که ذاتا دارای بار منفی هستند، به علت پدیده الکترواستاتیکی توسط یون‌های مس  و نقره محاصره می‌شوند. این فرایند مانع از ادامه  فعالیت زیستی میکروب‌ها، باکتری ها و ویروس‌ها  شده و به تدریج آن‌ها را از بین می‌برد.

در عمل برای ایجاد فرایند یونیزاسیون از  الکترودهایی استفاده می‌شود که از ترکیب نقره و  مس ساخته شده اند، با قرار گرفتن این الکترودها  در مسیر حرکت آب و ایجاد اختلاف پتانسیل در  دو سر الکترود، جریان بسیار کمی از میان دو  الکترود عبور می‌کند که این پدیده موجب جدا  شدن یون‌ها از الکترود و افزوده شدن آن به آب است. در صورت تداوم این عمل می‌توان با کنترل  مقدار جریان عبوری از الکترودها، میزان یون‌های مس و نقره را در آب کنترل نمود. البته باید توجه  نمود که میزان یون‌ها نباید از سطوح استاندارد  برای آب شرب افزایش پیدا کند. بنا به استاندارد  موسسه (EPA) مقدار مس مجاز در آب ۱٫۳ ذره  در میلیون و مقدار نقره مجاز یک دهم مقدار مس  یعنی ۱۰۰ ذره در میلیارد است. برای تنظیم  سطوح یون‌های مس و نقره در آب باید میزان  آن‌ها در آب را به صورت الکترونیکی یا شیمیایی  اندازه گیری شود.

معمولا نسبت بین یون‌های مس و نقره در  کاربردهای مختلف، متفاوت است ولی عموما  به صورت یک به ده در نظر گرفته می‌شود. ترتیب  نسبت الکترودها به گونه ای است که: ۱- آب از  میان آن عبور می‌کند ۲- در صورت لزوم تمیز  شده یا تعویض گردد.

با عبور آب از میان الکترودها  و با برقراری جریان الکتریکی، سطحی ترین لایه الکترود به صورت یون مثبت آزاد شده و در آب  رها می شود در صورتی که این یون با باکتری ها  ویروس ها و میکروب‌ها برخورد کند، به علت نیروی الکترو مغناطیسی جذب آن‌ها می‌شود و با محاصره  کامل آ‌ن‌ها، فرایند گندزدایی کامل می‌شود.

معمولا خزه ها و جلبک‌ها توسط یون‌های مس  از بین می‌روند و باکتری‌ها و ویروس ها توسط یون نقره از بین می‌روند.

 

معمولا میزان جریان، توسط یک سیستم  الکترونیکی کنترل می‌شود که توسط آن می‌توان  با توجه به مشخصات آب تحت فرایند مانند میزان  ناخالصی و هدایت آب، مقدار جریان را تنظیم نمود  که این اطلاعات در قسمت کنترل ثبت و نمایش  داده می‌شود. همچنین در صورت قطع جریان  آب نیز باید الکترودها از مدار خارج شوند. با توجه  به این که یون ایجاد شده در آب، خارجی ترین  سطح الکترودها است و با توجه به این که جریان  الکتریکی از آند به سمت کاتد هدایت می‌شود، لذا  پیش بینی می‌شود که یکی از الکترودها سریع‌تر  از دیگری تحلیل می‌رود. برای جلوگیری از این  فرایند، قسمت کنترل با ترتیب خاص، محل  الکترودهای مثبت و منفی را تعویض می‌کند تا  میزان تحلیل هر دو به یک صورت انجام شود.

مزایای گندزدایی الکترونیکی آب 

از مهم‌ترین مزایای این روش حذف کامل  ویروس باکتری و خزه و جلبک به شکل همزمان  است که این اهداف با هیچ یک از روش‌های کنونی  قابل اجرا نمی باشد.

همان طور که اشاره شد با آزادسازی یون‌های  مس و نقره در آب به علت مثبت بودن بار الکتریکی  این یون‌ها و همچنین پلاریته منفی غشاء سلولی  میکروارگانیزم‌های موجود در آب توسط یون‌های مثبت احاطه می‌شوند که این امر از روند طبیعی  جریان حیات این سلول‌ها جلوگیری کرده، باعث  از بین رفتن آن‌ها می‌شود. در مورد جلبک‌ها و  خزه ها نیز، یون‌های مس و نقره به امینو اسیدهای حاوی گوگرد در پروتئین‌های لازم در فرایند  فتوسنتز هجوم برده، باعث اختلال در این فرایند  شده و مرگ زودهنگام سلول‌های خزه و جلبک  را باعث می‌شود.

یکی دیگر از مزایای گندزدایی به روش  الکترونیکی، خاصیت ماندگاری اثر ضدعفونی است  که تقریبا هیچ یک از روش‌های معمول چنین  خاصیتی ندارد.

کاربردهای گندزدایی الکترونیکی 

این روش تقریبا در تمامی مواردی که از کلر  استفاده می‌شود، قابل جایگزینی است؛ با این تفاوت  که قابلیت حذف ویروس‌ها نیز به آن اضافه می‌شود  زیرا در روش کلرزنی، ویروس‌ها حذف نمی شوند،  پس در استخرها بهتر است از روش گندزدایی الکترونیکی استفاده شود زیرا تمام مزایای کلرزنی  را دارد ولی ضررهای کلر از جمله سمی بودن، حساسیت ارگان‌های بدن انسان مانند پوست و  چشم به آن، بوی بد و نگهداری دشوار آن، کنترل  میزان آن در آب و … را ندارد.

در صنعت هر جا نیاز به حذف جلبک و خزه و  یا باکتری و ویروس باشد، مانند سیستم توزیع و  نگهداری آب، سیستم‌های موتورخانه ای به خصوص دیگ ها، چیلرها و از همه مهم‌تر برج های خنک کن  که مشکل خزه و جلبک در آن‌ها حاد است، به  راحتی قابل استفاده است. تقریبا در حرارت و  برودت برجهای خنک کن به خصوص برج های خنک کن از نوع باز در معرض بیشترین حجم  آلودگی قرار دارند چرا که به دلیل مجاورت با هوا،  محیط، نور خورشید و آب‌های با سختی بالا، بهترین شرایط محیطی جهت رشد و نمو  میکروارگانیزم‌ها فراهم می‌شود که بعضا به دلیل استفاده از حجم زیاد آب در بعضی از برج های خنک کن، میزان این آلودگی می‌تواند بسیار زیاد  باشد. در حال حاضر به نظر می‌رسد استفاده از روش آیونایزور در کنترل آلودگی آب‌های استفاده  شده در حرارت و برودت بسیار مناسب باشد.

در آب و فاضلاب، از آن می‌توان به عنوان یک ضد عفونی کننده بسیار قوی استفاده کرد که کاربرد  زیادی در روش‌های پیش تصفیه آب دارد. از انواع  کوچک و کم هزینه آن می‌توان به عنوان یک میکروب زدا استفاده کرد. همچنین از این روش  می‌توان به عنوان یک راه حل مناسب برای پسآب های صنعتی و حذف میکروارگانیزم های ناشی  از آن استفاده کرد که لزوم آن در آب‌های بیمارستانی  بیش از پیش حس می‌شود و تقریبا تنها روش  مقابله با آلودگی ناشی از آن است .

با آزاد شدن یون‌ها در آب و تکمیل فرایند  گند زدایی سیستم الکترونیکی، همچنان به تولید یون‌های تازه و ارسال آن به آب ادامه می دهد که  این امر باعث ماندگاری عمل گندزدایی است. از  دیگر مزایای این روش می‌توان به نگهداری آسان، بی ضرر بودن برای سلامت انسان و عدم استفاده از سموم و آسانی نصب و راه اندازی و سهولت استفاده از آن در تمامی کاربردها و مصارف  صنعتی، تجاری و مسکونی اشاره کرد.

مزایای استفاده از دستگاه آیونایزور همراه  با سختی گیر الکترونیکی 

• سیستم حذف مواد شیمیایی استفاده شونده به
• کاهش قابل توجه در مصرف آب
• حذف کامل میکروارگانیزم ها از آب و اثرات مضر آن
• کاهش اثرات رسوب و حذف رسوبات پیشین
• حذف باکتری‌های مضر به خصوص باکتری مولد بیماری شرونیزر
• امکان استفاده از آب‌های سخت در حرارت و برودت
• حذف و افزایش بازدهی مبدل های حرارتی کاهش و حذف زمان‌های لازم جهت  سرویس و نگهداری
• کاهش قابل توجه در انرژی راه بردی

به نقل از مجله تهویه و تبرید، شماره سوم