سیستم یکپارچه ازن در آخرین مرحله تصفیه آب تصفیه‌خانه‌های فاضلاب (STP)

یک سیستم یکپارچه ازن زنی در آخرین مرحله تصفیه آب تصفیه‌خانه‌های فاضلاب (STP) میتواند کارهای زیر را انجام دهد:

• فاضلاب تصفیه شده بدون کلر
• روش مطمئن برای دفع پسماند و مواد خطرناک آب به‌منظور استفاده مجدد از آن
• نابودکننده همه میکروارگانیسم‌ها
• از بین‌ بردن بو و رنگ آب
• COD (اکسیژن‌خواهی شیمیایی‌ فاضلاب یا مقدار اکسیژنی که باید برای اکسایش آلودگی‌های موجود در فاضلاب مصرف شود) و BOD (میزان اکسیژن‌خواهی بیولوژیک یا میزاناکسیژن موردنیاز میکروارگانیسم‌ها برای تجزیه بیولوژیکی مواد آلی در فاضلاب) را کاهش می‌دهد.
• فرایند اکسیداسیون آمونیاک و H2S (سولفید هیدروژن) و مواد آلی را فراهم می‌کند.

یک اصل مهم در طراحی سیستم ازن محاسبه اندازه دقیق دستگاه ازن ژنراتور است. در زیر این فرمول آورده شده است:

فرمول محاسبه ظرفیت دستگاه Ozonator (دستگاهی که ازن را به آب اضافه می‌کند) = Flow rate [m3/hr] x Ozone dose [gm/m3]

در فرمول بالا منظور از Flow rate دبی آب است که واحد دبی آب در فرمول m3/hr (مترمکعب بر ساعت است) و منظور از Ozone dose میزان ازن است که طبق فرمول واحد gm/m3 (گرم بر مترمکعب) در نظر گرفت شده است.

Flow Rate (دبی آب)= Peak STP capacity Per Day (m3) / Average Operating Hours (hr) ، که در آن Peak STP capacity Per Day (m3):حداکثر ظرفیت تصفیه‌خانه فاضلاب در روز (بر حسب مترمکعب) و Average Operating Hours (hr): میانگین زمان اجرای عملیات و بهره‌برداری (بر حسب ساعت) میباشد.

دو عامل اساسی در تعیین مقدار یا دوز ازن نقش دارند:

1. مشخصات و خصوصیت‌های فاضلاب تصفیه شده

• بار میکروبیولوژیکی
• COD (اکسیژن‌خواهی شیمیایی فاضلاب یا مقدار اکسیژنی که باید برای اکسایش آلودگی‌های موجود در فاضلاب مصرف شود)
• BOD (میزان اکسیژن‌خواهی بیولوژیک یا میزان اکسیژن مورد نیاز میکروارگانیسم‌ها برای تجزیه بیولوژیکی مواد آلی در فاضلاب)
• مقدار کل کربن‌های آلی موجود در آب
• بار غیرآلی
• بو
• رنگ
• Ph آب
• دما

2. تکنیک‌های به‌کارگیری ازن

• ازن مورد نیاز
• غلظت ازن
• فشار ازن
• تکنیک پخش ازن در آب
• بازده یا کارآمدی انحلال ازن در آب (بر حسب درصد)
• خلوص اکسیژن (بر حسب درصد)
• میزان ماندگاری ازن در آب

توجه: بر اساس گزارش شرکت Chemtronics، مقدار یا دوز استاندارد ازن 3.0تا 6.0 پی‌پی‌ام برابر یا 3 الی 6 گرم در هر مترمکعب است.

مثال: ظرفیت دستگاه ozonator = دبی آب (مترمکعب بر ساعت) x دوز ازن (گرم بر مترمکعب)

= 10 مترمکعب بر ساعت x 4 گرم بر مترمکعب

=40 گرم بر ساعت

1. مقدار دوز ازن استفاده شده در مثال بالا: 0 پی‌پی‌ام
2. ظرفیت دستگاه ozonator طبق مثال بالا: 40 گرم بر ساعت
3. مدل دستگاه ozonator استفاده شده در مثال بالا: OG/HC – 50
4. شماره مدل سیستم موردنیاز طبق مثال بالا: IOS/WW- 50 S

فرایند ازن زنی در STP (تصفیه‌خانه فاضلاب)

ازن نقش بسیار مهمی در تصفیه‌ خانه فاضلاب دارد. در مرحله دوم تصفیه فاضلاب، تصفیه زیستی انجام می‌شود. در مرحله سوم از باکتری‌ها و میکروارگانیسم‌ها برای تجزیه و ازبین‌بردن مواد آلی موجود در آب بهره برده می‌شود. در مرحله پایانی ازن را به آب اضافه می‌کنند و ازن به دلیل خاصیت اکسیداسیون بسیار قوی که دارد به طور مؤثر و سریع آب فاضلاب تصفیه شده را ضدعفونی می‌کند.

امروزه از فرایند ازن زنی برای تصفیه فاضلاب‌ها در سراسر جهان استفاده می‌کنند و سازمان مرکزی کنترل آلودگی CPCB در جهت بهبود این فرایند تلاش کرده است. اثربخشی ازن به عوامل متعددی بستگی دارد که از جمله آن می‌توان به بار ارگانیسم‌ها، زمان اضافه‌کردن ازن به آب، غلظت ازن، دوز ازن، بازده یا کارآمدی انحلال ازن در آب و خلوص ازن اشاره کرد.

در ازن زنی فاضلاب، مقدار ازن محلول در آب تنها ازن واکنش‌پذیر و مؤثر بر آلاینده‌ها است. کارایی فرایند ازن زنی به کارایی تصفیه فاضلاب و کاهش مؤثر آلاینده‌ها بستگی دارد. به‌طورکلی فاضلاب ترکیبات مختلفی دارد که ازن با بسیاری از آن‌ها واکنش می‌دهد. ازن با میکروارگانیسم، رنگ، بو، COD(اکسیژن‌خواهی شیمیایی فاضلاب)، BOD (میزان اکسیژن‌خواهی بیولوژیک)، مواد آلی، مواد غیرآلی، فلزات سنگین، روغن، مجموع کربن آلی (TOC)، ترکیب آلی فرار (VOC) و سایر ترکیبات آب واکنش می‌دهد.

دستگاه اکسیژن‌ساز یا تغلیظ کننده اکسیژن

هوا از طریق فیلتر ورودی هوا وارد دستگاه اکسیژن‌ ساز می‌شود. این هوا از طریق یک رزوناتور (دستگاه مکش) و فیلتر خوب وارد کمپرسور می‌شود و دستگاه رزوناتور صدای کمپرسور را کم می‌کند. سپس هوای تحت‌فشار از کمپرسور خارج می‌شود و از یک مبدل حرارتی که نقش مؤثری در کاهش دمای هوای فشرده شده دارد عبور می‌کند. در مرحله بعد، یک سیستم شیر الکترونیکی (شیر کنترل یا control valve) هوا را به یکی از دو بستر غربال که حاوی غربال مولکولی Moleular Sieve) (هستند هدایت می‌کند. غربال مولکولی به موادی گفته می‌شود که منافذ بسیار ریزی در آن‌ها قرار دارد که جاذب گاز و مایعات هستند. یکی از ویژگی‌های خاص غربال مولکول این است که وقتی هوا از آن عبور می‌کند نیتروژن را به خود جذب فیزیکی می‌کند و بنابراین تولید اکسیژن با خلوص بالا را امکان‌پذیر می‌کند.

دو مخزن استوانه‌ای عمودی جاذب برای جداسازی و تقطیر ذرات (Sieve bed) وجود دارد. مخزن شماره یک همان‌طور که در تصویر زیر مشاهده می‌کنید اکسیژن با خلوص بالا تولید می‌کند و مخزن شماره دو در طی فرایند تولید اکسیژن، نیتروژن جذب شده را تصفیه و به بیرون هدایت می‌کند. اکسیژن از طریق یک تنظیم‌کننده فشار، شیر کنترل جریان، دبی‌سنج و فیلتر نهایی از مخزن جاذب خارج می‌شود.

شیر کنترل جریان که بخشی از فلومتر یا دبی‌سنج است، سرعت جریان اکسیژن وارد شده به دستگاه Ozonator (دستگاهی که ازن را به آب اضافه می‌کند) را کنترل می‌کند. دستگاه اکسیژن‌ساز یا تغلیظ کننده اکسیژن قابلیت تولید اکسیژن با غلظت 88 تا 93 درصد با دبی آب 2 تا 5 لیتر در دقیقه را دارد. ترکیبات باقی‌مانده گاز، نیتروژن و آرگون که هر دو بخشی از هوا هستند که از سیستم خارج می‌شوند.

تولید ازن

دستگاه ازن ژنراتور صنعتی برای تولید ازن از روش تخلیه الکتریکی استفاده می‌کند. از جرقه الکتریکی برای تقسیم مولکول‌های اکسیژن دو اتمی به اتم‌های اکسیژن والانت ((valant استفاده می‌کنند. این اتم‌های اکسیژن دارای بار منفی هستند و به‌سرعت با مولکول‌های اکسیژن دیگر پیوند می‌خورند و ازن تولید می‌کنند. برای هر مولکول اکسیژن تولید شده، 2 مولکول ازن تولید می‌شود.

برای تولید کرونا یا هاله برق (کرونا یا هاله برق در اثر نزدیکی میدان الکتریکی ماده رسانا با هوای مجاور خود به وجود می‌آید(دو ماده رسانای الکترونیکی را انتخاب می‌کنند. به یکی از الکترودها ولتاژ بالا و به دیگری ولتاژ پایین وصل می‌کنند. این دو الکترود به‌صورت دقیق و یکنواخت از طریق ماده دی‌الکتریک که یک عایق الکتریکی است از هم جدا می‌شوند. برای تولید ولتاژ و جریان بالا از یک مدار اینورتر الکترونیکی به نام اوزون پاور که به آن درایور برد هم می‌گویند، استفاده می‌شود. درایور برد جریان برق متناوب 230 ولت را به جریان برق مستقیم تبدیل می‌کند. این جریان برق مستقیم با فرکانس 50 هرتز اینورتر مُدولاسیون پهنای پالس (PWM) را به کار می‌اندازد و این اینورتر ولتاژ یا جریان برق مستقیم DC) (را به جریان برق متناوب (AC) با فرکانس بالا تبدیل می‌کند. این ولتاژ برق متناوب از طریق یک ترانسفورماتور به نام EHT که دستگاه تبدیل برق ضعیف به برق قوی است، افزایش می‌یابد و برق با ولتاژ بالا 3 تا 7 کیلوولت تولید می‌کند. این افزایش ولتاژ روی الکترود داخلی سلول ازن اعمال می‌شود.

3 عامل اساسی در تولید ازن از کرونا یا هاله برق نقش دارند:

منبع برق

1. ولتاژ
2. فرکانس یا بسامد

دی‌الکتریک یا عایق الکتریکی

1. شیشه
2. سرامیک
3. میکا (ورق‌های سیلیکات کانی)
4. سنگ کوارتز

مخزن‌هایی که کرونا یا هاله برق از آن می‌گذرد

1. لوله سبک استوانه‌ای
2. صفحه تخت

هنگام تولید ازن از هاله برق، چند عامل وجود دارند که بر عملیات تولید ازن تأثیر می‌گذارد که باید آن‌ها را ارزیابی کنید:

خنک‌کننده مخزن برق

1. آب‌خنک – الکترود تک‌سلولی یا هر دو الکترود
2. هوای خنک – الکترود تک‌سلولی یا هر دو الکترود

منبع گاز

1. اکسیژن
2. هوای خشک

حل‌کردن یا مخلوط‌ کردن ازن در آب

پمپ مخلوط‌ کردن ازن:

اختلاط اوزون یا انحلال ازن فرایندی است که در آن گاز ازن در آب حل می‌شود. ازن از طریق یک پمپ مخصوص به آب منتقل می‌شود و مایع موردنظر به لوله ونتوری و هم زن استاتیک پمپ می‌شود.

ونتوری:

لوله ونتوری فشار و انقباض مناسب و لازم ایجاد می‌کند و باعث متمرکزشدن مسیر آب و در نتیجه افزایش شتاب و سرعت آب می‌شود. هر چه سرعت آب و افت فشار بیشتر باشد، ظرفیت مکش بیشتر است. در یک سیستم یکپارچه ازن، یک پمپ انژکتوری آب را هدایت می‌کند و مکشی ایجاد می‌کند که گاز ازن تولید شده توسط ژنراتور ازن را به داخل می‌کشد. هنگامی که گاز ازن در ونتوری مکیده می‌شود، شروع به حل‌شدن در مایع می‌کند. کارآمدی فرایند حل‌کردن ازن در آب به عوامل مختلفی بستگی دارد که از مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به غلظت ازن، فشار گاز ازن و اندازه حباب گاز ازن اشاره کرد.

هنگام استفاده از انژکتور ونتوری، لازم است از ابزار جلوگیری از برگشت جریان استفاده کنید تا مطمئن شوید که آب از انژکتور ونتوری به ژنراتور ازن باز نمی‌گردد.

میکسر استاتیک:

پس از نصب لوله ونتوری، نوبت به نصب میکسر یا همزن استاتیک می‌رسد. میکسر یا همزن استاتیک حباب‌های ازن را در هم می‌شکند و آن‌ها را به حباب‌های ریزتر تبدیل می‌کند تا سطح کل حباب ازن را افزایش دهد. با افزایش تعداد حباب‌های ازن فرایند تبدیل گاز به مایع سریع‌تر انجام می‌شود که به نوبه خود نقش مؤثری در افزایش انحلال ازن در آب دارد.

محاسبه اندازه حباب گاز ازن:

Back flow preventer (دستگاه جلوگیری از جریان برگشتی):

Back Flow Preventer (BFP) یکی از پیشرفته‌ترین فناوری‌های ابداع شده توسط شرکت Chemtronics است که از بازگشت مجدد آب از لوله ونتوری به دستگاه ازن ژنراتور جلوگیری می‌کند. ازن ژنراتور را در انتهای پمپ و جایی که بیشترین فشار آب وجود دارد وصل می‌کنند. درصورتی‌که جریان آب برگشتی از پمپ وارد Ozonator شود، Ozonator آسیب خواهد دید. با نصب)BFP دستگاه جلوگیری از جریان برگشتی) می‌توانید مسیر جریان آب برگشتی را تغییر دهید و از این اتفاق جلوگیری کنید.

سیستم خنک‌کننده آب:

هنگامی که ازن توسط تخلیه الکتریکی تولید می‌شود، الکترودهای سلولی بسیار داغ می‌شوند. دمای بسیار بالا غلظت گاز ازن و ماندگاری آن را با مشکل مواجه می‌کند. برای تنظیم دمای مخزن ازن، اطراف هر دو الکترود با جریان آب‌خنک می‌شود. آب جاری دمای الکترودها را به طور کامل تعدیل می‌کند. تقریباً حدود 200 تا 300 لیتر آب در هر ساعت برای خنک‌کردن مخزن لازم است. ما از آب شیرین تصفیه شده با رسانایی کم برای خنک‌کردن مخزن استفاده می‌کنیم. همچنین می‌توان از آب سیستم single pass یا به‌اصطلاح (تک گذر) برای آب غیر قابل شرب استفاده کرد و سپس آن را تخلیه کرد. اگر کارخانه به مدت 20 ساعت کار کند باید روزانه 600 لیتر آب تخلیه شود. ما برج خنک‌کننده کوچک را برای استفاده مجدد مداوم از آب برای خنک‌کردن مخازن پیشنهاد می‌کنیم. هنگامی که آب از مخزن ذخیره‌سازی ازن عبور می‌کند، دمای آب 2 تا 3 درجه سانتیگراد افزایش می‌یابد، دمای این آب هنگام عبور از برج خنک‌کننده کاهش می‌یابد و به همین سادگی می‌توان از همان آب برای خنک‌کردن سیستم استفاده کرد. برای جبران آب به‌منظور خنک‌کردن سیستم روزانه 2 تا 3 لیتر آب نیاز داریم.

آب برج خنک‌کننده از طریق یک فیلتر کارتریج توسط پمپ گردشی به گردش درمی‌آید. آب تصفیه شده در فرایند STP را نمی‌توان برای خنک‌سازی مخزن ازن استفاده کرد. این آب مخرّب است و ظرفیت تبادل حرارتی ضعیفی دارد. همچنین به دلیل تیرگی و آلاینده‌های زیاد، مجرای خنک‌کننده مخزن را دوباره مسدود می‌کند و جریان آب و راندمان خنک‌کننده مخزن را کاهش می‌دهد.

کنترل‌کننده خودکار ORP:

ORP مخفف Oxidation-Reduction Potential است. ORP سطح و پتانسیل اکسیداسیون آب را اندازه‌گیری می‌کند. هنگامی که ORP از مقداری که مدنظر ماست و انتظارش را داریم بیشتر شود، دستگاه کنترل‌کننده ORP به‌صورت خودکار ازن ژنراتور را قطع می‌کند و از دوز اضافی ازن جلوگیری می‌کند. همچنین وقتی سطح ORP به‌آرامی پایین می‌آید و افت می‌کند، دستگاه کنترل‌کننده ORP ازن ژنراتور را مجدداً راه‌اندازی می‌کند.

برای کسب اطلاعات بیشتر به وب‌سایت https://www.chemtronicsindia.com مراجعه کنید.