ازن ژنراتور

* ازن چیست و چگونه تولید میشود؟

ازن چیست؟

ازن یک ترکیب شیمیایی است که دارای سه اتم اکسیژن می باشد (O3). ازن در سال 1840 میلادی توسط شیمی دان سوئیسی Christian Schonbein کشف شد. او این ماده را به علت وجود بوی آن ازن نامید.

ازن گازی است تقریباً بی رنگ با بویی خاص شبیه بوی هوای تازه که پس از رعد و برق در کوهستان استشمام می شود و یا بویی که در کنار تخلیه الکتریکی در هوای آزاد به مشام می رسد. در دمای معمولی بصورت گاز است ، نقطه هیجان آن 112- و نقطه ذوب آن 251-  درجه ساتیگراد و چگالی آن 5/1 برابر اکسیژن در شرایط استاندارد  می باشد. حلالیت آن در آب کم ولی با کاهش دما افزایش می یابد. مولکول ازن پایدار نبوده و در نتیجه نمی توان  آنرا انبار یا حمل نمود. این امر باعث می شود که تولید ازن همواره در محل مصرف صورت گیرد. لذا مراحل حمل  و انبار کردن مواد شیمیایی که مراحلی بسیار خطرناک هستند، در این روش حذف می شوند. چه ازن ازطریق ماوراء بنفش و چه به صورت صاعقه بوجود آمده باشد، واکنش بعدی همیشه به صورت زیر است. ازن بوجود آمده سریعاً  تمام آلاینده های محیط را اکسید می نماید و نتیجه این اکسیداسیون تنها مواد اکسید  شده و اکسیژن می باشد.

O3  در طبیعت نمی تواند بصورت پایدار باقی بماند و سریعاً به  O و  O2 شکسته می شود. O2  مولکولی پایدار است که میزان  اکسیژن  محیط را بالا می برد ولی اتم O (اکسیژن نوزاد یا اکسیژن فعال) نمیتواند منفرداً به زندگی خود ادامه دهد و باید با آلاینده ها ترکیب شود و آنها را بصورت اکسیدهای پایدار درآورد . به همین خاطر است که اکسیداسیون حاصل از ازن ترکیب اکسیژن فعال با سایر مواد یا موجودات است و نه ترکیب ازن. باید توجه داشت در حالتی که ازن تولید می شود، در محیط O1 ، O2 و O3 بصورت همزمان وجود دارند و بهمین دلیل ترکیب را به صورت Ox نشان می دهند که x می تواند 1 یا 2 یا 3 باشد.

O2 بصورت پایدار باقی می ماند O3 به O2 و O1  تجزیه می شود که O2 باز پایدار می ماند و O1 باعث ضدعفونی یعنی از بین بردن پالاینده ها می شود. در نتیجه این اکسیژن  فعال و یا نوزاد است که باعث ضدعفونی طبیعت از زمان بوجود آمدن آن تا ابدیت خواهد بود. به همین دلیل است که می توان اکسیژن فعال را ضدعفونی کننده اهورایی نامید. اکسیژن فعال، اکسیژن نوزاد و ازن در این کتاب به صورت مترادف به کار گرفته شده اند.
  

* در طبیعت هم تمام عناصر به صورت اکسید یافت میشونددر اکثر مواقع، ضد عفونی با ازن به صورت پیوسته، در حین کار با دوز پایین و بدون تخلیه مکان انجام می گیرد و درنتیجه به طور مرتب میزان آلودگی در محیط کاهش می یابد .  ازن  به  نحو  مطلوب  و  بسیار موثری  انواع  آلودگی های  میکروبی را کاهش می دهد. اثر ازن بر روی میکروارگانیسم ها بسیار موثرتر  از  کلر و  مشتقات آن می باشد. فاکتور C×T، حداقل غلظت مورد نیاز در مدت زمان تماس برای کاهش جمعیت میکروارگانیسمها را نشان می دهد.

 ازن بصورت گاز تولید می شود و از آنجا که در آب و یا سایر مایعات قابل حل است در نتیجه: یک ضد عفونی کننده بسیار انعطاف پذیر است و بسته به موارد استعمال، کاربرد های بسیاری در ضدعفونی هوا، آب، محیط (دیوارها ، کف زمین، سطوح ) ، لباسهای کار ، اجسام ولوازم مختلف و مواد را داراست(به بخش دوم مربوط به کاربردهای ازن مراجعه شود). بر خلاف ضد عفونی کننده های معمول مانند: کلر، فرمالین و مواد شیمیایی دیگر، اکسیداسیون با ازن، هیچگونه مواد سمی یا مضری بر جای نمی گذارد.ازن میکروارگانیسهای مختلف نظیرانواع باکتریها، ویروسها، پروتوزوئرها، قارچها، مخمر ها، اسپورها و هاگهای منتشر شونده از طریق آب و هوا را نابود می کند.

باکتریها، میکروارگانیسم های کوچک تک یاخته ای هستند که دارای ساختمان ساده و ابتدایی می باشند. فشار اسمزی داخلی اکثر باکتریها حدود 5 تا 20 اتمسفر می باشد . این امر بعلت غلظت زیاد مواد محلول درون سلولی است . اسکلت محکم دور سلول باکتری بنام  دیواره سلولی از انفجار باکتری و پاره شدن غشاء به علت اختلاف فشار اسمزی درون و بیرون باکتری جلوگیری می کند. اتم اکسیژن فعال با حمله به جدار سلول باکتری موجب از هم گسیختگی و پارگی دیواره سلولی و در نتیجه مرگ باکتری می گردد.

 به دلیل کوتاه بودن طول عمر ازن بایستی این گاز را در محل تولید کرد. از مزایای تولید در محل این است که از مشکلاتی از قبیل حمل و نقل و یا نگهداری در انبار جلوگیری می شود. از دیگر مزایای این گاز این است که وقتی در محل تولید می گردد می تواند از غلظتی برابر با ppm000 200 برخوردار شود. هرگاه این گاز در آب آزاد گردد، غلظت آن فقط به چند ppm تنزل می یابد و پس از اینکه قسمتی از گاز آزاد شده در آب، در نهایت به سطح آب و به هوای آزاد می رسد، به سختی می توان غلظت آن را بیش از ppm0.1 اندازه گیری نمود و پس از مدت کوتاهی اثری از ازن در آب باقی نمی ماند. این مزیت دلیل قانع کننده ای برای استفاده از ازن به جای گاز کلر و یا مواد شیمیایی دیگر در این گونه موارد می باشد (به عنوان مثال باکتری زدایی و پاکسازی آب استخرهای شنا).

مشخصات ازن
نام شیمیایی     ازن
شکل و بو     بی رنگ و دارای بوی تند
فرمول مولکولی     O3
شماره ثبت     10025-15-6
وزن مولکولی     48?0 g/mol
غلظت به شکل گاز     2?144 kg/m3
مایع     1574 kg/m3 (NTP)
جامد     1728 kg/m3 (-183oC)
حل شدن در آب     4?9 ml/l (0oC)
نقطه جوش     -111?9oC (1 atm)
نقطه ذوب     -192?5oC (1 atm)

خواص ازن

خواص فیزیکی وشیمیائی ازن

ازن یکی از اشکال آلوتروپی اکسیژن بوده و گازی آبی رنگ با بوی تند وناپایدار می باشد . این ترکیب یک اکسید کننده قوی بوده وبسیار قوی تر از اسید هیپوکلرو( ماده موثر گند زدایی کلر در آب )  می باشد. حلالیت ازن در آب 12 مرتبه کمتر از حلالیت کلر بوده ومحلول آبی آن نیز ناپایدار می باشد.

با توجه به ناپایداری گاز ازن ، باید درمحل مصرف ونیز زمان مصرف تولید شود ونمی توان آنرا مثل کلر ذخیره نمود. با توجه به حوادث زیادی که در خصوص ترکیدن سیستم های ذخیره ونگهداری کلر بوقوع پیوسته است این محدودیت لزوماً جزء معایب استفاده از گاز ازن محسوب نمی شود. لکن عدم امکان ذخیره آن در مواردی موجب توقف یا اشکال در امر استفاده از سیستم گند زدا می گردد.

 
خصوصیات بیوشیمیائی ازن

نقش ازن در تصفیه آب وپساب بعنوان یک عامل اکسید کننده ویک ترکیب میکروب کش حائز اهمیت بوده و د ر محیط آبی خصوصیات مشابهی با کلر دارد . از اینرو این دو ماده بعنوان رقیب یکدیگر و در مواردی مکمل یکدیگر مطرح می باشند. ازن دارای دو خاصیت بسیار مهم در ارتباط با محیط اطراف خود می باشد:

1-      قدرت گند زدائی بالا

خصوصیات میکروب کشی ازن بیانگر پتانسیل بالای اکسید اسیون آن می باشد. تحقیقات نشان می دهد که گند زدائی توسط ازن حاصل اثر مستقیم آن برباکتریها وتجزیه دیواره سلولی باکتریها می باشد . که از این نظر با مکانیسم عمل کلر در فرایند گند زدائی متفاوت است.   با توجه به قدرت بالای گند زدائی ازن در مقایسه با کلر و سایر گندزداها ، زمان کمتری جهت تکمیل فرایند گند زدائی نیاز می باشد. بررسی ها همچنین بیانگر توانائی بیشتر ازن در از بین بردن ویروسها در مقایسه با کلر می باشد.

2-      ازن به عنوان یک اکسید کننده قوی

ازن مصارف زیادی در تصفیه آب آشامیدنی از قبیل کنترل طعم وبو کنترل رنگ وحذف آهن ومنگنز علاوه بر گند زدائی دارد . قدرت این اکسید کننده در شفاف سازی منابع آب با کیفیت پائین مانند آبهای بازیافتی مهم می باشد. ازن مواد معدنی را بطور کامل اکسید نموده وموجب ته نشینی وحذف آنها می گردد. اهمیت عمده ازن در قابلیت شکستن ترکیبات آلی همراه با آهن ومنگنز می باشد.

3- خاصیت رنگ بری ازن

ازن در برطرف نمودن ترکیبات آلی مولد رنگ ، قوی و موثر نشان می دهد بطوریکه بعنوان یک عامل جلا دهنده خوب برای فاضلاب وحذف کننده رنگ در آب شرب کاربردهای فراوانی یافته است . ازن همچنین قادر است ترکیبات فنولیک ودیگر ترکیبات مولد طعم را در آب شرب از بین ببرد.  تحقیقات نشان داده است که ازن می تواند آفت کشهای مالاتیون وپاراتیون را که ترکیباتی سرطان زا وخطرناک هستند به اسید فسفریک ( بی خطر) تبدیل نماید.

اخیراً در خصوص استفاده از ازن به منظور کنترل وحذف کدورت ومواد آلی در مقررات سازمان محیط زیست جهانی  رهنمود هایی ارائه گردیده است .

کنترل کدورت

در یک تصفیه خانه متعارف که از آب سطحی بعنوان ورودی استفاده می نماید اولین مرحله تصفیه حذف کدورت می باشد که براساس کیفیت آب خام ورودی باید تعیین نمود که مقدار پیش ازن زنی با مقادیر کم مناسب است یا خیر؟ برای آبهای با کدورت زیاد مصرف مقدار کمی ازن باعث کاهش کدورت می شود در حالیکه مصرف مقدارزیاد ازن باعث افزایش کدورت می گردد.

 
تولید ازون 

 
سه روش متداول برای تولید ازون وجود دارد

جرقه داغ(Hot Spark)

  نور فرابنفش(UV Light)

  پلاسمای سردCold Plasma)

 
تولید اوزون به روش جرقه داغ(تخلیه کورونا) عمدتاً برای کاربردهای صنعتی به‌کار می‌رود، اما در حال حاضر اوزون حاصل از تخلیه کورنا برای مصارف شخصی نیز در دسترس قرار دارد
اوزون حاصل از نور فرابنفش و پلاسمای سرد عمدتاً برای کارهای درمانی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در یک فاصله زمانی معین پلاسمای سرد مقادیر اوزون خیلی بیش‌تری در مقایسه با نور فرابنفش تولید می‌کند اما نمی‌توان گفت که شیوه فرابنفش روش مفیدی برای تولید اوزون نیست.وقتی به مقادیر کم‌تری اوزون به صورت جریان مداون نیاز باشد پرتو UVبهترین گزینه خواهد بود.
بعضی از واحدهای پلاسمای سرد قابلیت تولید ایزوتوپ‌های کوتاه عمری مثلO4، O5، O6،O7 و .. را دارند. این ایزوتوپ‌ها حتی از O3 معمولی نیز بسیار واکنش پذیر هستند.
برای کابردهای درمانی ژنراتور تولید ازون درمانی ozomedical موجود است. این نوع ژنراور به نسبت قیمت کم آن در مقایسه با انواع دیگر از نظر کیفیت،کارآیی و قابلیت اطمینان در سطح بسیار بالاتری قرار دارد.

 در استراتوسفر ( Stratospher ) مولکول های تازه اوزن مدام با واکنشهای شیمیایی و دریافت انرژی لازم از پرتوهای خورشید ، به مولکول و  O2 + O) . این اتمهایO3 فعالند، طی مدت زمان کوتاهی کمتر از کسر ثانیه ، از هم جدا و به مولکولهای اکسیژن متصل می شوند و تشکیل مولکولهای سه اتمی اکسیژن ، یعنی ازون ، می‌دهند. غیر از این چرخه طبیعی ، طی واکنشهایی با ازت و هیدروژن و کلر تولید شده در سطح و رها شده به اتمسفر ، از بین می‌رود.
اهمیت ازون در حیات بشر
اگر فضانوردی ، در ارتفاع زیاد ، به این سیاره خانه ما نظاره کند، نوار نازک آبی رنگی که دور زمین را فراگرفته ، نظرش را جلب خواهد کرد. این پوشش شفاف ، حیات را در جو زمین تأمین می‌نماید. حیات ، بصورتی که ما می‌شناسیم، تنها با پوشش حفاظتی ازون میسر می‌شود. بدون وجود اوزن ادامه ی زندگی امکان ناپذیر است. تشعشعات خورشیدی ، یکنواخت نیست. این تشعشعات ، شامل اشعه‌ای به نام اشعه ماورای بنفش است.
چنانچه تمامی این تشعشعات به سطح زمین می رسید، وجود حیات در روی زمین امکان ناپذیر است. زیرا این تشعشعات حامل مقدار زیادی انرژی مرگ‌زا برای موجودات زنده است. خوشبختانه تنها بخش ناچیزی از اشعه ماورای بنفش خورشید به سطح زمین می‌رسد. قسمت اعظم این اشعه ، انرژی خود را در ارتفاع 20 تا 30 کیلومتری سطح زمین و در جو آن از دست می‌دهد. در این عمق از جو فراگیرنده زمین، مقادیر متنابهی ازون موجود است و این ازون، اشعه ماورای بنفش را جذب می کند.
رایحه تازگی بعد از رعد و برق
پس از رعد و برق ، تنفس شما با آسودگی بیشتری صورت می‌گیرد. هوا پاکیزه و مملو از تازگی است. علت این است که رعد و برق ، باعث تولید گاز اوزن در جو می شود و همین گاز است که هوا را تازه‌تر می‌نماید.
انسان و نابودی لایه اوزن
فعالیت انسانها بر روی زمین در سپر حفاظتی اوزن ، اثر می‌گذارد. از نیمه قرن بیستم ، فعالیت انسان روی زمین موجب بروز ضایعاتی در لایه اوزن شده و به نظر می‌رسد که حیات روی کره زمین در معرض مخاطره قرار گرفته است. در واقع انسان ناخواسته هوا را با مواد شیمیایی آلوده می‌کند و سپر حفاظتی خود را از بین می‌برد. در اواسط دهه 1970 ، دانشمندان به امکان تاثیر پرواز هواپیماهای سریع السعیر و یا فوق سرعت صوت و مواد شیمیایی موجود در قوطی‌های عطر پاش روی لایه اوزن پی بردند.
هواپیماهای مافوق صوت ، در ارتفاعات بسیار زیاد که هوا رقیق‌تر و مقاومت آن در برابر بدنه هواپیما کمتر است ، پرواز می‌کنند و ازت فعال موجود در دود خروجی از موتور هواپیما اثر ضایع کننده بر روی لایه اوزن دارد. گازهای کلرو فلوئورو کربن (CFC) نیز که در خنک کننده ها و دستگاههای تهویه مورد استفاده قرار می‌گیرد، روی اوزن استراتوسفری خطرناک می‌باشد. هر اتم کلر آزاد شده از این گازها ، حدود یک صد هزار مولکول اوزن را ضایع می‌کند و با مصرف این گازها طی یک دهه مقادیر زیادی ازون از بین رفته و تراکم این گاز در استراتوسفر کاهش یافته است.در استراتوسفر ( Stratospher ) مولکول های تازه اوزن مدام با واکنشهای شیمیایی و دریافت انرژی لازم از پرتوهای خورشید ، به مولکول و  O2 + O) . این اتمهایO3 فعالند، طی مدت زمان کوتاهی کمتر از کسر ثانیه ، از هم جدا و به مولکولهای اکسیژن متصل می شوند و تشکیل مولکولهای سه اتمی اکسیژن ، یعنی ازون ، می‌دهند. غیر از این چرخه طبیعی ، طی واکنشهایی با ازت و هیدروژن و کلر تولید شده در سطح و رها شده به اتمسفر ، از بین می‌رود.
اهمیت ازون در حیات بشر
اگر فضانوردی ، در ارتفاع زیاد ، به این سیاره خانه ما نظاره کند، نوار نازک آبی رنگی که دور زمین را فراگرفته ، نظرش را جلب خواهد کرد. این پوشش شفاف ، حیات را در جو زمین تأمین می‌نماید. حیات ، بصورتی که ما می‌شناسیم، تنها با پوشش حفاظتی ازون میسر می‌شود. بدون وجود اوزن ادامه ی زندگی امکان ناپذیر است. تشعشعات خورشیدی ، یکنواخت نیست. این تشعشعات ، شامل اشعه‌ای به نام اشعه ماورای بنفش است.
چنانچه تمامی این تشعشعات به سطح زمین می رسید، وجود حیات در روی زمین امکان ناپذیر است. زیرا این تشعشعات حامل مقدار زیادی انرژی مرگ‌زا برای موجودات زنده است. خوشبختانه تنها بخش ناچیزی از اشعه ماورای بنفش خورشید به سطح زمین می‌رسد. قسمت اعظم این اشعه ، انرژی خود را در ارتفاع 20 تا 30 کیلومتری سطح زمین و در جو آن از دست می‌دهد. در این عمق از جو فراگیرنده زمین، مقادیر متنابهی ازون موجود است و این ازون، اشعه ماورای بنفش را جذب می کند.
رایحه تازگی بعد از رعد و برق
پس از رعد و برق ، تنفس شما با آسودگی بیشتری صورت می‌گیرد. هوا پاکیزه و مملو از تازگی است. علت این است که رعد و برق ، باعث تولید گاز اوزن در جو می شود و همین گاز است که هوا را تازه‌تر می‌نماید.
انسان و نابودی لایه اوزن
فعالیت انسانها بر روی زمین در سپر حفاظتی اوزن ، اثر می‌گذارد. از نیمه قرن بیستم ، فعالیت انسان روی زمین موجب بروز ضایعاتی در لایه اوزن شده و به نظر می‌رسد که حیات روی کره زمین در معرض مخاطره قرار گرفته است. در واقع انسان ناخواسته هوا را با مواد شیمیایی آلوده می‌کند و سپر حفاظتی خود را از بین می‌برد. در اواسط دهه 1970 ، دانشمندان به امکان تاثیر پرواز هواپیماهای سریع السعیر و یا فوق سرعت صوت و مواد شیمیایی موجود در قوطی‌های عطر پاش روی لایه اوزن پی بردند.
هواپیماهای مافوق صوت ، در ارتفاعات بسیار زیاد که هوا رقیق‌تر و مقاومت آن در برابر بدنه هواپیما کمتر است ، پرواز می‌کنند و ازت فعال موجود در دود خروجی از موتور هواپیما اثر ضایع کننده بر روی لایه اوزن دارد. گازهای کلرو فلوئورو کربن (CFC) نیز که در خنک کننده ها و دستگاههای تهویه مورد استفاده قرار می‌گیرد، روی اوزن استراتوسفری خطرناک می‌باشد. هر اتم کلر آزاد شده از این گازها ، حدود یک صد هزار مولکول اوزن را ضایع می‌کند و با مصرف این گازها طی یک دهه مقادیر زیادی ازون از بین رفته و تراکم این گاز در استراتوسفر کاهش یافته است.