گندزدایی هوا با استفاده از گاز ازن
- تاریخ انتشار:
- بدون دیدگاه
آنـچه در این مقاله میـخوانیم
از: مهندس بهزاد یزدانی
مقدمه
در این شماره مجله به مبحث گندزدایی هوا با استفاده از سیستم‌های UV ماورا بنفش پرداختیم در این شماره سعی داریم تا شما را با گندزدایی ازن که یکی دیگر از روش‌های نوین گندزدایی هواست آشنا سازیم.
با توجه به پیشرفت‌های سال‌های اخیر در صنایع تهویه مطبوع و بهبود کیفیت هوای تهویه شده توسط این تاسیسات دانشمندان و مهندسان در چند سال اخیر تلاش‌های زیادی به منظور فراهم نمودن هوایی تمیز و بدون آلودگی در راستای نیل به این هدف دانشمندان و مهندسان تحقیقات زیادی در رابطه با گندزدایی هوا انجام داده‌اند و از سیستم‌ها و روش‌های گوناگونی استفاده کرده‌اند یکی از این روش‌ها گندزدایی هوا با استفاده از گاز ازن میباشد.
سال‌های زیادی است که محققان و پزشکان دریافته‌اند که محیط مرطوب سیستم‌های تهویه مطبوع بستر مناسبی برای رشد انواع باکتری‌ها و ویروس‌ها میباشد و علاوه بر آن، هوای داخل ساختمان به دلیل محدود بودن، نیاز مبرمی به گندزدایی دارد به همین دلیل از سال‌ها پیش تلاش‌های زیادی برای گندزدایی هوا انجام گرفت اما هیچکدام نتیجه مطلوب را نداشته‌است. البته در آن زمان قابلیت‌های گاز ازن در گندزدایی برای محققان کاملا روشن بود اما به دلیل نواقصی که در سیستم‌های کنترل و رهگیری وجود داشت امکان اعمال کنترل و نظارتی دقیق بر تولید ازن فراهم نبود و به دلیل آنکه غلظت بالای ازن خود تهدیدی برای سلامت انسان محسوب می‌شد استفاده از آن تا به امروز توجیه خاصی نداشت. اما در چند سال اخیر به دلیل پیشرفت‌های چشمگیر در علم کنترل و رهگیری، محققان قادر شدند از گندزدایی ازن در سیستم‌های تهویه مطبوع استفاده کنند. سیستم گندزدایی در کانال هوای تهویه اتاق‌ها و ساختمان‌ها قرار گرفته و هوای در حال عبور از این کانال‌ها را گندزدایی میکند. ازن علاوه بر آنکه یک گندزدای فوق‌العاده موثر است و قادر میباشد کلیه باکتری‌ها، ویروس‌ها، میکروب‌ها، هاگ‌ها، قارچ‌ها، ذرات آلرژی‌زای گیاهان و درختان و کپک‌هاو … را از بین ببرد، قادر است دود و بخارات سمی و شیمیایی موجود در هوا را نیز تصفیه کند و طراوت و تازگی خاصی به هوا ببخشد، این مزیت فوق‌العاده‌ی ازن موجب شده که از این گازگندزدا علاوه بر بیمارستانها و آزمایشگاه‌ها در اماکن عمومی و ساختمان‌های مسکونی نیز استفاده شود. البته استفاده از ازن در سیستم‌های تهویه مطبوع تنها محدود به گندزدایی هوا نمیباشد، زیرا علاوه بر گندزدایی هوا قابلیت گندزدایی آب را نیز دارد و میتوان از این گندزدا در تجهیزات آبی سیستم‌های تهویه برای جلوگیری از ایجاد رسوبات بیولوژیکی نیز استفاده نمود که در فرصت‌های دیگر به آنها خواهیم پرداخت.
ازن چیست؟
ازن گازی است با رنگ آبی کم رنگ که در شرایط عادی در حالت گاز است اما در ۱۷۰F- به مایعی به رنگ آبی پررنگ تبدیل میشود و در ۴۲۰F- یخ می‌زند، چگالی آن ۱۵۰٪ بیشتر از اکسیژن است. ازن (ozone) از واژه یونانی ozein به معنای بو گرفته شده است.
ازن که فرمول مولکولی آن به صورت O3 میباشد از سه اتم اکسیژن تشکیل شده و در سال ۱۷۸۳ توسط ون ماریوم کشف شد، در سال ۱۸۵۷ زیمنس نخستین دستگاه تولید کننده ازن به روش تخلیه الکتریکی را به بازار ارائه نمود.
در سال ۱۸۹۲ از این دستگاه برای گندزدایی آب استفاده شد. هم اکنون از ازن در کاربردهای مختلفی از جمله: کشاورزی، پرورش آبزیان، آکواریوم‌ها، استخرهای شنا، سونا و جکوزی، استخرهای صنعتی، برج‌های خنک کن، رختشویخانه‌ها، صنایع غذایی، حوضچه‌ها، صنایع آب آشامیدنی و تصفیه فاضلاب استفاده میشود.
لایه ازن (جو) لایه‌ای محافظ برای زمین است که از ازن تشکیل شده است و ۶ تا ۳۰ مایل بالای سطح زمین قرار گرفته است و غلظت ازن در آن ۱۰ppm میباشد. این لایه زمین را از تابش امواج مضر ماوراء بنفش محافظت میکند و از هدر رفتن حرارت جلوگیری میکند و با اکسید کردن آلودگی‌ها و گرد و خاک و دود، موجب طراوت هوا میشود. این لایه توسط بمباران مولکول‌های اکسیژن هوا توسط اشعه ماوراء بنفش خورشید به وجود می‌آید، زیرا این بمباران موجب میشود مولکول‌های اکسیژن شکاف خورده (به دو اتم اکسیژن تبدیل شوند) و هر اتم به مولکولی دیگر متصل شده و ازن را به وجود آورند.
ازن در طبیعت به هنگام رعد و برق و توسط تخلیه الکتریکی نیز به وجود می‌آید و موجب میشود که بعد از رعد و برق بوی پاکیزگی و تازگی به مشام برسد. (اگر غلظت ازن از ۰/۰۱ تا ۰/۰۴ ppm باشد توسط انسان قابل احساس است).
ازن چگونه هوا را گندزدایی میکند؟
اتم سوم ازن بسیار ناپایدار است و تمایل زیادی به جدا شدن از ازن و چسبیدن به ماده دیگری را دارد. بدین ترتیب مواد دیگر اکسید شده و ازن تبدیل به اکسیژن (O2) میشود.
این گاز با تخریب دیوار سلول میکروارگانیسم‌ها آنها را از بین می‌برد. فرایندی که ازن توسط آن میکروارگانیسم‌ها را از بین می‌برد به «زوال سلولی» معروف است و ۲ ثانیه به طول می‌انجامد. ازن غشاء سلولی میکروارگانیسم‌ها را شکسته و سیتوپلاسم باکتری‌ها را حل میکند.
مشکل این جاست که ازن می‌خواهد هر ماده‌ای را اکسید کند. بنابراین قرارگیری بیش از حد در معرض ازن موجب صدمه دیدن چشم، پوست و ریه میشود. اگر غلظت ازن در هوا ۱ تا ۰/۱ (ppm) باشد علائمی از جمله سردرد، سوزش چشم، سوزش‌های تنفسی را به همراه خواهد داشت، ازن مخاط داخل بینی را اکسید میکند. تاثیری که ازن با غلظت‌های متفاوت و زمان‌های تماس متفاوت بر انسان میگذارد در جدول (۱) گردآوری شده است.
با توجه به اینکه ازن با اکسید کردن مولکول‌ها آنها را از بین می‌برد پس هیچ تردیدی در مورد قدرت ازن در استریل کردن و نابودی بخار سمی و دود، باکتری‌ها، ویروس‌ها، کپک‌ها، هاگ‌ها و میکروارگانیسم‌ها، مخمرها، گردها و بوهای نامطبوع وجود ندارد.
بطور کلی تاثیر ازن در هوا بستگی به عوامل زیر دارد:
- عکس‌العمل باکتری‌ها، ویروس‌ها و میکروارگانیسم‌ها در برابر ازن
- زمان تماس میکروارگانیسم‌ها با ازن
- غلظت ازن
قاعدتاً هر چه غلظت ازن بیشتر باشد و زمان تماس میکروارگانیسم‌ها با ازن بیشتر باشد، تاثیر ازن بیشتر میشود.
تاثیرات ازن با غلظت های گوناگون بر سلامت انسان
اجزاء سیستم گندزدایی ازن
ازن چگونه تولید میشود؟
معمولاً ازن به یکی از دو طریق زیر تولید میشود:
- تخلیه هاله‌ای کرونا (Corona discharge = CD)
(هاله کرونا نوری است که قبل از جرقه بین دو قوس الکتریکی تولید میشود) - استفاده از اشعه ماوراء بنفش (Ultraviolet = UV)
تخلیه هاله‌ای کرونا
در این روش که مشابه تولید ازن توسط رعد و برق میباشد، ازن با تخلیه الکتریکی ولتاژ (kV ۶-۲۰) در هوای عبوری از بین شیشه عایق و غلافی از جنس فولاد ضد زنگ تولید میشود (فاصله حدود ۱۰ تا ۱۵ میلی‌متر میباشد).
هر چه فاصله کوتاه‌تر باشد غلظت ازن بیشتر میشود اما اگر فاصله افزایش یابد غلظت ازن کاهش یافته و مصرف انرژی افزایش می‌یابد. جریان الکتریکی با ولتاژ بالا مولکول‌های اکسیژن را تبدیل به دو اتم اکسیژن کرده و این اتمهای ناپایدار با مولکول‌های اکسیژن و یا با اتمهای هیدروژن پیوند ایجاد میکنند که تولید ازن و رادیکال هیدروکسیل میکنند. یون رادیکال هیدروکسیل آزاد (HO-) اکسیدکننده بسیار قوی میباشد (قدرت اکسیدکنندگی این یون از ازن هم بالاتر است) و با از بین بردن پیوندهای قطبی موجب نابودی هر چه سریع‌تر میکروارگانیسم‌ها و مواد دیگر میشود. مقدار تولید ازن در این روش توسط تنظیم ولتاژ و دبی هوا و فرکانس جریان برق کنترل میشود. هر چه ولتاژ و فرکانس بالاتر باشد غلظت ازن بیشتر میشود.
با استفاده از این فناوری اگر از هوا به عنوان گاز تغذیه استفاده شود غلظت ازن در حدود ۱/۵-۱٪ میباشد و اگر از هوای غنی شده با اکسیژن به عنوان گاز تغذیه استفاده شود غلظت به ۸-۳٪ افزایش می‌یابد و اگر از گاز اکسیژن استفاده شود غلظت ازن به ۱۴ تا ۱۸ درصد می‌رسد.
تولید ازن به روش تخلیه کرونا دارای مزایا و معایب زیر است:
مزایا: این زیادی تولید میکند، به راحتی تعمیر و نگهداری میشود، در این روش میتوان مقدار تولید ازن را بدون تغییر جریان گاز ورودی تنظیم کرد.
معایب: این روش هزینه‌بر بوده و نیاز به تعمیر و نگهداری زیادی دارد.
استفاده از اشعه ماوراء بنفش (ultra violet = uv)
(این روش مشابه ایجاد لایه ازن توسط اشعه ماوراء بنفش خورشید میباشد)
بطور کلی در صنایع تصفیه و گندزدایی هوا از دو نوع لامپ ماوراء بنفش استفاده میشود:
- لامپ های ماوراء بنفش با طول موج ۲۵۴nm
- لامپ های ماوراء بنفش با طول موج ۱۸۵nm
ازن را نمیتوان با استفاده از اشعه ماوراء بنفش با طول موج ۲۵۴nm تولید کرد در واقع ازن در این طول موج منهدم شده و تبدیل به اکسیژن میشود یکی از روش های نابودی ازن استفاده از لامپ ماوراء بنفش با همین طول موج است در عوض از لامپهایی با طول موج ۱۸۵nm برای تولید ازن میتوان استفاده نمود زیرا طیفی با طول موج ۱۸۵nm اکسیژن هوای موجود در لامپ را تبدیل به اتمهای اکسیژن (o2) میکند و این اتم ها که به دنبال محیطی پایدارتر میگردند با دیگر مولکول های اکسیژن
ترکیب شده و تولید o3 (ازن) میکنند در اینجا دیگر خبری از اشعه ماوراء بنفش نمیباشد و این ازن است که بر روی هوا تاثیر میگذارد هوا از میان لامپ هایی که پوشش آنها کوارتزی است و محفظه بیرونی آنها از جنس فولاد ضد زنگ ساخته شده است میگذرد و گندزدایی میشود خروجی لامپ بایستی متناسب با دبی هوای مورد تصفیه باشد با استفاده از این فناوری غلظت ازن ۰/۱ میباشد اگر هوا قبل از ورود به ازن ساز تصفیه نشده باشد بهتر است از دستگاههای ازن ساز به روش اشعه ماوراء بنفش استفاده نمود.
استفاده از این سیستم دارای مزایا و معایب زیر است:
مزایا: ازن را ارزان تولید میکند و تعمیر و نگهداری تجهیزات آن ساده است.
معایب: کمترین مقدار ازن را تولید میکند و مقدار تولید ازن را تنها میتوان با تنظیم گاز تغذیه کنترل نمود حباب لامپهای اشعه ماوراء بنفش را باید مرتباً عوض نمود. (هر ۱۰ هزار ساعت)
اجزاء سیستم گندزدایی ازن
سیستم‌ها و تجهیزات زیر برای گندزدایی به روش ازن استفاده میشوند:
- دستگاه تغذیه اکسیژن یا هوا
- دستگاه تولید کننده ازن ازن ساز
- دستگاه کنتاکتور تماس دهنده
- دستگاه نابود کننده ازن خروجی مازاد
دستگاه تغذیه اکسیژن یا هوا
ازن را از هر گازی که حاوی اکسیژن باشد میتوان تولید نمود اما استفاده از اکسیژن خالص راندمان دستگاه را بسیار بالا می‌برد. اما هزینه اولیه تامین این گاز زیاد است به همین دلیل معمولاً از هوای آزاد استفاده میشود. اما هوا را باید متراکم، تمیز و رطوبت زدایی نمود،(متراکم کردن هوا، غلظت ازن را بالا می‌برد).
بطور کلی ۲ منبع اکسیژن موجود میباشد:
- دستگاهی که اکسیژن را در محل تولید می کند.
این دستگاه، دستگاه تغلیظ اکسیژن یا جدا کننده اکسیژن نامیده می شود و در اتاق های اورژانس بیمارستانها نیز بسیار به کار می رود و حدود ۴ تا ۵ لیتر در
هر دقیقه اکسیژن با غلظت ۹۰ تا ۹۵ درصد و حداکثر فشار psi ۷-۱۰ تولید می کند. - مخازن اکسیژن فشرده
مخازن فشرده که به تانک اکسیژن معروف میباشند از جنس فولاد می باشند و اکسیژن داخل آنها دارای فشار ۲۱۰۰ تا ۲۳۰۰ (psi) میباشد. دو نوع کپسول
اکسیژن وجود دارد:
کپسول پزشکی – کپسول صنعتی (جوشکاری)
کپسول های صنعتی ارزان و در دسترس میباشند. اما غلظت اکسیژن آنها کمتر از کپسول های پزشکی میباشد (غلظت کپسول پزشکی ۹۹/۹٪ و غلظت
کپسول صنعتی ۹۰٪ میباشد)
اگر از هوا به عنوان گاز ورودی استفاده میکنیم این گاز بایستی کاملاً خشک باشد. زیرا رطوبت ایجاد دو مشکل میکند:
۱- هر چه رطوبت افزایش یابد مقدار تولید ازن کاهش می یابد
۲- اگر ازن توسط هوای مرطوب تولید شود اکسید نیتروژن با رطوبت واکنش داده و اسید نیتریک تولید میکند این اسید موجب خوردگی قطعات و تجهیزات میشود. این تجهیزات باید از مواد مقاوم در برابر خوردگی مثل فولاد ضد زنگ ساخته شوند ازن خود نیز موجب صدمه رساندن و فرسایش تجهیزات میشود به همین دلیل تجهیزاتی که در معرض ازن میباشند باید از مواد مقاوم در برابر ازن ساخته شوند.
اگر ازن توسط تابش اشعه UV تولید شود نیازی به خشک کردن هوا نمی باشد.
مواد مقاوم در برابر ازن به ۶ دسته تقسیم میشوند:
- مواد بسیار مقاوم: تفلون (PTFE)، شیشه
- مواد با مقاومت عالی: PVDF (پلی وینیلین فلوراید)
- مواد با مقاومت خوب: سیلیکون، ویتون (LDPF)
- مواد با مقاومت نسبتاً خوب: فولاد ضد زنگ
- مواد مقاوم: طلا، پلاتین، آلومینیوم
- موادی که اگر زمان زیادی در معرض ازن قرار گیرند سطوح آنها شکننده و تخریب میشود:
PVC، پلی اتیلن، پلی کربنات، فولاد گالوانیزه، لاستیک، پلاستیک‌ها، پارچه و منسوجات و رنگ.
دستگاه ازن ساز
در مورد دستگاه‌ها و شیوه‌های تولید ازن به صورت مصنوعی در قسمت‌های قبل توضیحاتی داده شده است. اما باید به نکته‌ای در مورد ازن سازهایی که به روش تخلیه کرونا ازن تولید میکنند توجه نمود، ۸۰ درصد انرژی برق این دستگاه‌ها به گرما تبدیل میشود و جریان هوا یا اکسیژن که از آن دستگاه عبور میکند قادر به سرد کردن الکترودها نمیباشد. درجه حرارت بالا موجب میشود ازن به سرعت به اکسیژن تبدیل شود به همین دلیل باید برای این دستگاه، سیستم خنک‌کننده در نظر گرفت. در حال حاضر ۲ نوع سیستم خنک‌کن برای این دستگاه استفاده میشود:
- دستگاه خنک‌کن توسط هوا
- دستگاه خنک‌کن توسط آب (و یا آب همراه فربون و روغن)
دستگاه تماس دهنده (کنتاکتور)
این دستگاه ازن را با آب/ هوا تماس می‌دهد، تماس دهنده مناسب را باید مطابق نیاز انتخاب نمود تا بهترین کارایی را داشته باشد.
تماس دهنده‌ها دارای انواع گوناگونی میباشند.
- دیفیوزرهای حبابی
- نازل‌های ونتوری
- دیفیوزرهای توربینی
- میکسرهای داخل خطوط
دستگاه نابود کننده ازن مازاد (ازن خروجی)
همانطور که ذکر شد اگر غلظت ازن از حدی فراتر رود به سلامت انسان صدمه میرساند بنابراین گاز ازن مازادی که از تماس دهنده خارج میشود باید کاملا توسط دستگاه نابود کننده ازن نابود شود تا مشکلی برای کارگران و متصدیان دستگاه به وجود نیاید.
به هفت روش میتوان ازن مازاد را نابود کرد:
- جذب سطحی
- رقیق کردن ازن
- روش شیمیایی
- حرارتی
- نگهداری و کنترل
- استفاده از اشعه ماوراء بنفش
- روش گرما/کاتالیزوری
در هنگام نصب و استفاده از سیستم های گندزدایی ازن به نکات زیر توجه کنید:
- هوای ورودی به اجزاء سیستم گندزدایی باید فاقد ذرات بزرگتر از یک میکرون باشد.
- مواد به کار رفته در تجهیزات باید با ازن سازگار باشند.
- تجهیزات باید سالی دو مرتبه وارسی شوند.
مزایا و معایب سیستم های گندزدایی ازن
استفاده از ازن به عنوان گندزدایی در هوا دارای مزایای زیر است:
- تجهیزات این سیستم نیاز به تعمیر و نگهداری و مراقبت کمی دارند و تعمیر و نگهداری این تجهیزات هم ساده میباشد.
- ازن گندزدای فوق‌العاده قویی میباشد.
- دستگاههای کوچک این سیستم را میتوان به راحتی برروی تاسیسات منازل نصب نمود.
- ازن در کندزدایی هوا دود و بخار سمی و بو را از بین می‌برد، در صورتی که با گندزدایی ماوراء بنفش این امر امکان‌پذیر نمیباشد.
- اگر سیستم‌های ازن به درستی نصب و راه‌اندازی شوند بسیار مقرون به صرفه و ایمن میباشند.
- ازن با محیط زیست بسیار سازگار است زیرا بعد از مدتی تبدیل به اکسیژن میشود.
- به دلیل آنکه ازن در محل تولید میشود، مشکلاتی در حمل و نقل آن بوجود نمی‌آید.
استفاده توامان از (ازن و اشئه فرابنفش) در کانال های هوا
اشعه میکروب‌کش ماوراء بنفش ده‌ها سال است که در صنایع پزشکی برای از بین بردن میکروارگانیزم‌ها (میکروب‌ها، باکتری‌ها و ویروس‌ها) به کار می‌رود.
لامپ ماوراء بنفش دارای اطمینان بالایی است و به راحتی در کانال‌ها نصب میشود. لامپهای میکروب‌کش ماوراء بنفش در کاهش میکروارگانیزم‌های هوا بسیار موثر میباشند اما تاثیر کمی بر گازها، بخارهای سمی و بو دارند. در عوض ازن در این موارد بسیار موثر عمل میکند، اما مقدار زیاد ازن برای سلامتی خطرناک میباشد و روش‌های سنتی برای تولید ازن (تخلیه الکتریکی) دارای مشکلات تعمیر و نگهداری میباشند و اسید نیتریک و اکسید نیتریک تولید میکنند.
ترکیب ازن و اشعه ماوراء بنفش موجب میشود که ازن اضافی از بین برود.
با استفاده از این روش میکروارگانیزم‌های هوا ۹۰٪ کاهش یافته و گازهای و بوهای ناخوشایند خنثی میشوند و هوای داخل اتاق همانند هوای جنگل یا هوای
بعد از رعد و برق تازه و تمیز و بدون بو میباشد.
از فرمول زیر برای محاسبه زمان لازم برای گندزدایی هوای اتاق استفاده میشود:
مقداز زمان مورد نیاز برای گنددزدایی توسط ازن بستگی به درجه حرارت و رطوبت و مواد آلاینده موجود در اتاق دارد. برای تاثیر بیشتر توصیه میشود عمل گندزدایی یه مرتبه تکرار گردد.
منبع: مجله تهویه مطبوع شماره 3
اگر شما هم مشتاق یادگیری تخصصی و حرفه ای دوره های تاسیسات مکانیکی با اساتیدی مجرب هستید میتوانید در دوره های تاسیسات مکانیکی شرکت کنید.
آنـچه در این مقاله میـخوانیم
سایر مقالات
سایر مقالات
جدیدترین مقالات
